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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,以電化學(xué)、有機化學(xué)、無機化學(xué)、環(huán)境保護等方面展開敘述,著重介紹了在在有機化學(xué)方面的應(yīng)用。關(guān)鍵詞:納米催化材料;應(yīng)用;有機化學(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。同時納米粒子分散在介質(zhì)中往往具有透明性,容易運用光學(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,同時又具有傳統(tǒng)催化劑所不具有的優(yōu)勢。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,特別是在有機物制備方面。分散在溶液中的每一個半導(dǎo)體微粒,可近似看為一個短路的微型電池,用能量大于半導(dǎo)體能隙的光照射半導(dǎo)體分散系時,半導(dǎo)體納米粒子吸收光產(chǎn)生電子-空穴對。在電場作用下,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)用用碳納米管對電極表面進行修飾時除了可將材料本身的物化特性引入電極界面外,同時也會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的特性,從而對某些物質(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】在實驗室合成NiPt納米金屬合金催化劑,證明比商業(yè)催化劑相比在對甲醇及甲酸的電催化氧化有更加優(yōu)異的活性并且對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),同時由于該方法簡單、條件溫和且廉價,對大規(guī)模生產(chǎn)和擴展到其他半導(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可見光講解羅丹明B,同時發(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,有望實現(xiàn)“在家建個太陽能電站”的夢想【7】。2.3在有機反應(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)定性會很好,且在有機液態(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。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;同時在用Au:Pd比為1:5、AuPd粒子尺寸為2.6nm的AuPd/CeO2催化劑對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42060h-1,對苯甲醛的選擇性高達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,該復(fù)合材料對苯酚的催化氧化效果最好,化學(xué)需氧量去除率可達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20000h-1)和很好的穩(wěn)定性,同時在檸檬醛轉(zhuǎn)化率達到95%時對香茅醛的選擇性可達80%。劉寶倉【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在對肉桂醛(CAL)和異戊烯醛(MCA)催化加氫時選擇性高達100%和99.1%,同時表明在不飽和醛內(nèi),與C=O相比,VSB—5更傾向于催化C=C加氫。2.3.4對其他有機物的應(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硝基苯加氫顯示高活性與選擇性;同時他們和陶然婷【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、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。2.4在無機反應(yīng)中的有關(guān)應(yīng)用張燕華、王愛奇、黃彥強等【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)境保護方面的應(yīng)用謝蘭英等【27】研制出兩種型號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的光降解,COD去除率達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羅丹明B、亞甲基藍、苯酚的光降解。AbstractThisarticlefromthenanometercatalyticmaterialinthefieldofchemicalapplicationasthestartingpoint,inelectrochemistry,organicchemistry,inorganicchemistry,environmentalprotectionandotheraspectsofnarrative,emphaticallyintroducestheapplicationinorganicchemistry.參考文獻1吳永蘭,文耀智,文茜.有機電合成與納米催化材料.湘南學(xué)院學(xué)報,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,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,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,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.中國科學(xué):化學(xué),2010,40(11):1575-158313TiO2納米催化材料研究取得進展.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.中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會,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,2011,29(8):1307-131116趙燕飛,孫振宇,張宏曄,黃長靚,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.中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會,201017劉寶倉.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、生長機理及其性能研究.合肥:中國科學(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(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.中國化學(xué)會第28屆學(xué)術(shù)年會,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.中國化學(xué)會第27屆學(xué)術(shù)年會,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,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定汽油中MTBE的應(yīng)用.石油學(xué)報(石油加工),2012,28(1):27-3224YanhuaZhang,AiqinWang,YanqiangHuang,QinqinXu,JianzhongYin,TaoZhang.NanocastingSynthesisofMesostruct
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