納米催化材料的有關(guān)應(yīng)用

PAGEPAGE8納米催化材料在化學(xué)方面的有關(guān)應(yīng)用摘要；本文從納米催化材料在化學(xué)領(lǐng)域的有關(guān)應(yīng)用為基點(diǎn)，以電化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、無機(jī)化學(xué)、環(huán)境保護(hù)等方面展開敘述，著重介紹了在在有機(jī)化學(xué)方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：納米催化材料；應(yīng)用；有機(jī)化學(xué)一．前言由于納米粒子尺寸小、表面的體積分?jǐn)?shù)較大、表面的化學(xué)鍵狀態(tài)和電子態(tài)與顆粒內(nèi)部不同、表面原子配位不全，導(dǎo)致表面的活性位置增加，化學(xué)反應(yīng)活性高。同時(shí)納米粒子分散在介質(zhì)中往往具有透明性，容易運(yùn)用光學(xué)手段和方法來觀察界面間的電荷轉(zhuǎn)移、質(zhì)子轉(zhuǎn)移、半導(dǎo)體能級(jí)結(jié)構(gòu)與表面態(tài)密度的影響。這些使它具備了作為催化劑的基本條件，同時(shí)又具有傳統(tǒng)催化劑所不具有的優(yōu)勢(shì)。納米微粒作為催化劑應(yīng)用較多的是半導(dǎo)體光催化材料，特別是在有機(jī)物制備方面。分散在溶液中的每一個(gè)半導(dǎo)體微粒，可近似看為一個(gè)短路的微型電池，用能量大于半導(dǎo)體能隙的光照射半導(dǎo)體分散系時(shí)，半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子-空穴對(duì)。在電場(chǎng)作用下，電子與空穴分離，分別遷移到粒子表面的不同位置，與溶液中相似組分進(jìn)行氧化和還原反應(yīng)。二．納米催化材料的有關(guān)應(yīng)用2.1在電化學(xué)方面的應(yīng)用用碳納米管對(duì)電極表面進(jìn)行修飾時(shí)除了可將材料本身的物化特性引入電極界面外,同時(shí)也會(huì)擁有納米材料的大比表面積,粒子表面帶有較多的功能基團(tuán)的特性,從而對(duì)某些物質(zhì)的電化學(xué)行為產(chǎn)生特有的催化效應(yīng)【１】。王寅杰、劉金城(均為音譯)等【２】通過用氯鉑酸還原石墨烯氧化物制備了高質(zhì)的還原性石墨氧化物材料—納米鉑雜材料，發(fā)現(xiàn)該材料可用于代替反電極染料敏化太陽能電池中的質(zhì)子交換膜的制備。原霞【３】在實(shí)驗(yàn)室合成NiPt納米金屬合金催化劑，證明比商業(yè)催化劑相比在對(duì)甲醇及甲酸的電催化氧化有更加優(yōu)異的活性并且對(duì)CO也有較好的抗中毒性能。2.2在半導(dǎo)體或電極材料方面的應(yīng)用AfsanehKhansari、MasoudSalavati-Niasari、AliKazemiBabaheydari【４】利用熱處理工藝獲得Co3O4納米粒子具有作為半導(dǎo)體的潛質(zhì)，同時(shí)由于該方法簡(jiǎn)單、條件溫和且廉價(jià)，對(duì)大規(guī)模生產(chǎn)和擴(kuò)展到其他半導(dǎo)體金屬氧化物生產(chǎn)有很大的借鑒意義。A.K.AbdulGafoor、M.M.Musthafa、K.PradeepKumar、P.P.Pradyumnan【５】利用水熱法在低溫下合成的TiO2納米粒子摻雜在銀中，材料的電氣和介電性性能發(fā)生改變，表現(xiàn)在高頻率時(shí)有高的交流導(dǎo)電性和低的介電常數(shù)。MphilisiM.Mahlambi、AjayK.Mishra、ShivaniB.Mishra、RuiW.Krause、BhekieB.Mamba、AshokM.Raichur【６】合成出碳覆Al2O3負(fù)載在TiO2上的納米催化劑，研究表明該催化劑具有增強(qiáng)可見光講解羅丹明B，同時(shí)發(fā)現(xiàn)該催化劑紫外-可見光下活性更好。這為太陽能電解水的利用提供了一個(gè)很好的前景。令人鼓舞的是南京大學(xué)環(huán)境材料與能源研究中心已研發(fā)出一種可見光響應(yīng)型納米催化材料，有望實(shí)現(xiàn)“在家建個(gè)太陽能電站”的夢(mèng)想【７】。2.3在有機(jī)反應(yīng)中的有關(guān)應(yīng)用2.3.1在烴方面的應(yīng)用張春芳、白云翔、顧謹(jǐn)?shù)取荆浮坎捎贸瑸V膜表面接觸法制備的CuO納米催化劑粒徑小雖形貌表征有較大的缺陷，但其在異丙苯的催化氧化性能上比水熱接地法制備的催化劑和商業(yè)催化劑要好許多，同時(shí)只需較低的反應(yīng)溫度。王存景、王艷博、陳改榮【９】巧妙的利用化學(xué)氣相沉積法以NaCl為載體擔(dān)載Fe催化裂解乙炔制備納米材料納米，進(jìn)一步降低了納米碳材料制備過程中的后處理成本。成春春、朱劼、李明時(shí)等【１０】制備出的結(jié)構(gòu)化納米碳纖維負(fù)載型鈀催化劑(Pd/CNF/TiO2)可用于催化苯乙烯加氫反應(yīng)，具有良好的活性并有望用于受內(nèi)擴(kuò)散制約的氣液固三相催化反應(yīng)。杜建平、宋昌、宋金玲等【１１】在納米碳材料負(fù)載鉑催化劑在環(huán)己烷脫氫反應(yīng)中的催化性能研究中發(fā)現(xiàn)以中空納米碳顆粒為載體反映的活性和穩(wěn)定性會(huì)很好，且在有機(jī)液態(tài)貯氫體系中,該載體的鉑催化劑的載體比傳統(tǒng)碳載體有更大的優(yōu)勢(shì)。2.3.2在醇方面的應(yīng)用王樂屏、趙永綱、沈昊宇等【１２】用負(fù)載Cr(VI)納米Fe3O4磁性高分子材料以苯甲醇為底物,30%的H2O2為氧化劑,能有效地選擇性催化氧化苯甲醇為苯甲醛。中科院化學(xué)研究所劉志敏【１３】課題組研制的TiO2納米催化材料對(duì)苯酚的光降顯示出很高的催化活性，在醇類物質(zhì)的氧化反應(yīng)方面也顯示了很好的催化性能；同時(shí)在用Au:Pd比為1:5、AuPd粒子尺寸為2.6nm的AuPd/CeO2催化劑對(duì)苯甲醇選擇性氧化為苯甲醛結(jié)果為：苯甲醇的轉(zhuǎn)化頻數(shù)高達(dá)42060h-1，對(duì)苯甲醛的選擇性高達(dá)92％【１４】2.3.3在酚醛方面的應(yīng)用李霞章、姚超、陳志剛【１５】采用共沉淀法制備出凹凸棒石/Ce1–xZrxO2納米復(fù)合材料當(dāng)x=0.2，苯酚溶液pH=5.73時(shí)，該復(fù)合材料對(duì)苯酚的催化氧化效果最好，化學(xué)需氧量去除率可達(dá)100%。趙燕飛、孫振宇、劉志敏等【1６】制備的Pd/氧化石墨高效納米催化材料對(duì)檸檬醛選擇性加氫顯示較高的催化活性(檸檬醛的轉(zhuǎn)化頻數(shù)可高達(dá)20000h-1)和很好的穩(wěn)定性，同時(shí)在檸檬醛轉(zhuǎn)化率達(dá)到95％時(shí)對(duì)香茅醛的選擇性可達(dá)80％。劉寶倉(cāng)【１７】三維有序孔道型3DOMAu/CeO2一MOx納米催化劑具有高的甲醛催化氧化活性，在消除室內(nèi)空氣甲醛污染方面具有廣闊的前景。劉淑娟【１８】制備的新型過渡金屬磷酸鹽微孔材料VSB—5在對(duì)肉桂醛(CAL)和異戊烯醛(MCA)催化加氫時(shí)選擇性高達(dá)100%和99.1%，同時(shí)表明在不飽和醛內(nèi)，與C=O相比，VSB—5更傾向于催化C=C加氫。2.3.4對(duì)其他有機(jī)物的應(yīng)用王聰、梁肖敬、衛(wèi)巍等【1９】發(fā)現(xiàn)了一類殼聚糖預(yù)修飾的多壁碳納米管（MWCNTs），在溫和條件下自發(fā)還原Cu離子制備Cu修飾碳納米管基復(fù)合材料的新合成路線，可用于在在常壓、室溫條件下于水溶液中催化還原硝基苯。孫振宇，趙燕飛，張宏曄，劉志敏【２０】以Pt/碳納米管高效納米催化材料無溶劑條件下對(duì)硝基苯加氫顯示高活性與選擇性；同時(shí)他們和陶然婷【2１】用Pd/云母高效納米催化材料于鹵代芳烴與烯烴的Heck反應(yīng)，對(duì)這類反應(yīng)顯示很高的活性和穩(wěn)定性。閏靜宜【２２】制備的核殼結(jié)構(gòu)Fe304/SiO2/類水滑石材料用光催化甲基橙的降解反應(yīng)作為光催化甲基橙的降解，劉名揚(yáng)、李百舸、趙景紅等【２３】研制的納米SnO2材料催化發(fā)光傳感器可用于汽油樣品的甲基叔丁基醚含量的快速檢測(cè)。2.4在無機(jī)反應(yīng)中的有關(guān)應(yīng)用張燕華、王愛奇、黃彥強(qiáng)等【２４】以SBA-15為模板用超臨界CO2沉積法合成介孔結(jié)構(gòu)Co3O4納米材料在室溫下即可催化CO的氧化。在HO2O2催化分解時(shí)EstherFanelli、MariaTurco、AnnamariaRusso等【２５】用凝膠法合成的MnOx/ZnO具有高表面積和高催化活性,在催化分解性能優(yōu)異于先前研究的Mn/Zn氧化物體系。陳莎、張宏曄、劉志敏等【２６】利用一種TiO2負(fù)載的銅基雙金屬納米催化材料對(duì)室溫下水溶液中硝酸鹽的加氫反應(yīng)顯示很高的催化活性和穩(wěn)定性。2.5在環(huán)境保護(hù)方面的應(yīng)用謝蘭英等【２７】研制出兩種型號(hào)的納米催化劑能明顯降低卷煙煙氣CO釋放量，南開大學(xué)課題組【２８】用一種新型納米催化材料，用于汽車尾氣中NOx的催化還原和飲用水中硝酸根的催化脫除，且該催化劑具有很好的活性、穩(wěn)定性、抗毒性和壽命。蘇碧桃、張小紅、敏世雄等【２９】TiO2/具有共軛結(jié)構(gòu)的高分子(CPF)納米復(fù)合催化材料用于亞甲基藍(lán)的光降解，COD去除率達(dá)93.19%且重復(fù)利用6次的脫色率依然在95%以上；翟晶【３０】合成的氧化鋅類催化劑可用于對(duì)羅丹明B、亞甲基藍(lán)、苯酚的光降解。AbstractThisarticlefromthenanometercatalyticmaterialinthefieldofchemicalapplicationasthestartingpoint,inelectrochemistry,organicchemistry,inorganicchemistry,environmentalprotectionandotheraspectsofnarrative,emphaticallyintroducestheapplicationinorganicchemistry.參考文獻(xiàn)1吳永蘭,文耀智,文茜.有機(jī)電合成與納米催化材料.湘南學(xué)院學(xué)報(bào),2005,26(5):59-622YinjieWang,JinchengLiu,LeiLiu,DarrenDelaiSun.High-qualityreducedgrapheneoxide-nanocrystallineplatinumhybridmaterialspreparedbysimultaneousco-reductionofgrapheneoxideandchloroplatinicacid.Wangetal.NanoscaleResearchLetters2011,6:2413原霞.鉑系雙金屬(P/M，M:Fe，Co，Ni)納米催化材料的化學(xué)可控合成及性能表征.濟(jì)南：山東大學(xué)，20094AfsanehKhansari,MasoudSalavati-Niasari,AliKazemiBabaheydari.SynthesisandCharacterizationofCo3O4NanoparticlesbyThermalTreatmentProcess.JClustSci2012,23:557–5655A.K.AbdulGafoor,M.M.Musthafa,K.PradeepKumar,P.P.Pradyumnan.JMaterSci:MaterElectron6MphilisiM.Mahlambi,AjayK.MishraShivaniB.Mishra,RuiW.Krause,BhekieB.Mamba,AshokM.Raichur.Synthesisandcharacterizationofcarbon-coveredalumina(CCA)supportedTiO2nanocatalystswithenhancedvisiblelightphotodegradationofRhodamineB.JNanopartRes,2012,14:790７園丁.可見光響應(yīng)型納米催化材料問世.污染防治技術(shù).2010,(04):46８ChunfangZhang,YunxiangBai,YanqiYin,JinGu,andYupingSun.HighcatalyticperformanceofCuOnanocrystalswithlargestdefects.KoreanJ.Chem.Eng.,2011,28(2),:602-607９王存景，王艷博，陳改榮.NaCl擔(dān)載Fe催化裂解乙炔制備納米碳材料.化學(xué)研究與應(yīng)用,2011,23(8):1075-1077１０成春春，朱劼，李明時(shí)，朱建軍，單玉華.成型TiO2負(fù)載型納米碳纖維催化材料的制備與表征.高?；瘜W(xué)工程學(xué)報(bào),2009,23(3):527-531１１杜建平,宋昌,宋金玲,趙江紅,朱珍平.納米碳材料負(fù)載鉑催化劑在環(huán)己烷脫氫反應(yīng)中的催化性能研究.燃料化學(xué)學(xué)報(bào),2009,37(4):468-472１２王樂屏,趙永綱,沈昊宇,茅旗峰,夏清華.負(fù)載Cr(VI)納米Fe3O4磁性高分子材料的催化性能.中國(guó)科學(xué):化學(xué),2010,40(11):1575-1583１３TiO2納米催化材料研究取得進(jìn)展.傳感器世界，2009（6）：42１４張宏曄，孫振宇，謝蕓，劉志敏.可控合成金屬/金屬氧化物納米催化材料的綠色方法研究.中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì),2010１５李霞章,姚超,陳志剛.凹凸棒石/Ce1–xZrxO2納米復(fù)合材料的制備及其催化氧化性能.硅酸鹽學(xué)報(bào),2011,29(8):1307-1311１６趙燕飛,孫振宇,張宏曄,黃長(zhǎng)靚,劉志敏.Pd/氧化石墨高效納米催化材料的制備及其性能研究.中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì)，2010１７劉寶倉(cāng).三維有序孔道型納米催化材料的可控制備、結(jié)構(gòu)調(diào)控及催化性能研究.呼和浩特：內(nèi)蒙古大學(xué)，2011１８劉淑娟.納米催化材料的液相化學(xué)合成、生長(zhǎng)機(jī)理及其性能研究.合肥：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)，2009１９王聰，梁肖敬，衛(wèi)巍，楊芳，喬羽，李海燕.Cu修飾碳納米管基復(fù)合材料的高效合成及其催化應(yīng)用研究.廈門大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011,50（6）：958-962２０孫振宇，趙燕飛，張宏曄，劉志敏.超聲法制備Pt/碳納米管高效納米催化材料研究.中國(guó)化學(xué)會(huì)第28屆學(xué)術(shù)年會(huì),2012２１陶然婷，孫振宇，謝蕓，張宏曄，劉志敏.Pd/云母高效納米催化材料的制備及其性能研究.中國(guó)化學(xué)會(huì)第27屆學(xué)術(shù)年會(huì),2010２２閏靜宜.類水滑石納米催化材料的制備及性能研究.合肥：安徽大學(xué)，2011２３劉名揚(yáng),李百舸,趙景紅,楊波,牟明仁.納米SnO2材料催化發(fā)光傳感器的研制及其在測(cè)定汽油中MTBE的應(yīng)用.石油學(xué)報(bào)(石油加工),2012,28(1):27-32２４YanhuaZhang,AiqinWang,YanqiangHuang,QinqinXu,JianzhongYin,TaoZhang.NanocastingSynthesisofMesostruct