纳米催化材料的有关应用

PAGEPAGE8纳米催化材料在化学方面的有关应用摘要；本文从纳米催化材料在化学领域的有关应用为基点，以电化学、有机化学、无机化学、环境保护等方面展开叙述，着重介绍了在在有机化学方面的应用。关键词：纳米催化材料；应用；有机化学一．前言由于纳米粒子尺寸小、表面的体积分数较大、表面的化学键状态和电子态与颗粒内部不同、表面原子配位不全，导致表面的活性位置增加，化学反应活性高。同时纳米粒子分散在介质中往往具有透明性，容易运用光学手段和方法来观察界面间的电荷转移、质子转移、半导体能级结构与表面态密度的影响。这些使它具备了作为催化剂的基本条件，同时又具有传统催化剂所不具有的优势。纳米微粒作为催化剂应用较多的是半导体光催化材料，特别是在有机物制备方面。分散在溶液中的每一个半导体微粒，可近似看为一个短路的微型电池，用能量大于半导体能隙的光照射半导体分散系时，半导体纳米粒子吸收光产生电子-空穴对。在电场作用下，电子与空穴分离，分别迁移到粒子表面的不同位置，与溶液中相似组分进行氧化和还原反应。二．纳米催化材料的有关应用2.1在电化学方面的应用用碳纳米管对电极表面进行修饰时除了可将材料本身的物化特性引入电极界面外,同时也会拥有纳米材料的大比表面积,粒子表面带有较多的功能基团的特性,从而对某些物质的电化学行为产生特有的催化效应【１】。王寅杰、刘金城(均为音译)等【２】通过用氯铂酸还原石墨烯氧化物制备了高质的还原性石墨氧化物材料—纳米铂杂材料，发现该材料可用于代替反电极染料敏化太阳能电池中的质子交换膜的制备。原霞【３】在实验室合成NiPt纳米金属合金催化剂，证明比商业催化剂相比在对甲醇及甲酸的电催化氧化有更加优异的活性并且对CO也有较好的抗中毒性能。2.2在半导体或电极材料方面的应用AfsanehKhansari、MasoudSalavati-Niasari、AliKazemiBabaheydari【４】利用热处理工艺获得Co3O4纳米粒子具有作为半导体的潜质，同时由于该方法简单、条件温和且廉价，对大规模生产和扩展到其他半导体金属氧化物生产有很大的借鉴意义。A.K.AbdulGafoor、M.M.Musthafa、K.PradeepKumar、P.P.Pradyumnan【５】利用水热法在低温下合成的TiO2纳米粒子掺杂在银中，材料的电气和介电性性能发生改变，表现在高频率时有高的交流导电性和低的介电常数。MphilisiM.Mahlambi、AjayK.Mishra、ShivaniB.Mishra、RuiW.Krause、BhekieB.Mamba、AshokM.Raichur【６】合成出碳覆Al2O3负载在TiO2上的纳米催化剂，研究表明该催化剂具有增强可见光讲解罗丹明B，同时发现该催化剂紫外-可见光下活性更好。这为太阳能电解水的利用提供了一个很好的前景。令人鼓舞的是南京大学环境材料与能源研究中心已研发出一种可见光响应型纳米催化材料，有望实现“在家建个太阳能电站”的梦想【７】。2.3在有机反应中的有关应用2.3.1在烃方面的应用张春芳、白云翔、顾谨等【８】采用超滤膜表面接触法制备的CuO纳米催化剂粒径小虽形貌表征有较大的缺陷，但其在异丙苯的催化氧化性能上比水热接地法制备的催化剂和商业催化剂要好许多，同时只需较低的反应温度。王存景、王艳博、陈改荣【９】巧妙的利用化学气相沉积法以NaCl为载体担载Fe催化裂解乙炔制备纳米材料纳米，进一步降低了纳米碳材料制备过程中的后处理成本。成春春、朱劼、李明时等【１０】制备出的结构化纳米碳纤维负载型钯催化剂(Pd/CNF/TiO2)可用于催化苯乙烯加氢反应，具有良好的活性并有望用于受内扩散制约的气液固三相催化反应。杜建平、宋昌、宋金玲等【１１】在纳米碳材料负载铂催化剂在环己烷脱氢反应中的催化性能研究中发现以中空纳米碳颗粒为载体反映的活性和稳定性会很好，且在有机液态贮氢体系中,该载体的铂催化剂的载体比传统碳载体有更大的优势。2.3.2在醇方面的应用王乐屏、赵永纲、沈昊宇等【１２】用负载Cr(VI)纳米Fe3O4磁性高分子材料以苯甲醇为底物,30%的H2O2为氧化剂,能有效地选择性催化氧化苯甲醇为苯甲醛。中科院化学研究所刘志敏【１３】课题组研制的TiO2纳米催化材料对苯酚的光降显示出很高的催化活性，在醇类物质的氧化反应方面也显示了很好的催化性能；同时在用Au:Pd比为1:5、AuPd粒子尺寸为2.6nm的AuPd/CeO2催化剂对苯甲醇选择性氧化为苯甲醛结果为：苯甲醇的转化频数高达42060h-1，对苯甲醛的选择性高达92％【１４】2.3.3在酚醛方面的应用李霞章、姚超、陈志刚【１５】采用共沉淀法制备出凹凸棒石/Ce1–xZrxO2纳米复合材料当x=0.2，苯酚溶液pH=5.73时，该复合材料对苯酚的催化氧化效果最好，化学需氧量去除率可达100%。赵燕飞、孙振宇、刘志敏等【1６】制备的Pd/氧化石墨高效纳米催化材料对柠檬醛选择性加氢显示较高的催化活性(柠檬醛的转化频数可高达20000h-1)和很好的稳定性，同时在柠檬醛转化率达到95％时对香茅醛的选择性可达80％。刘宝仓【１７】三维有序孔道型3DOMAu/CeO2一MOx纳米催化剂具有高的甲醛催化氧化活性，在消除室内空气甲醛污染方面具有广阔的前景。刘淑娟【１８】制备的新型过渡金属磷酸盐微孔材料VSB—5在对肉桂醛(CAL)和异戊烯醛(MCA)催化加氢时选择性高达100%和99.1%，同时表明在不饱和醛内，与C=O相比，VSB—5更倾向于催化C=C加氢。2.3.4对其他有机物的应用王聪、梁肖敬、卫巍等【1９】发现了一类壳聚糖预修饰的多壁碳纳米管（MWCNTs），在温和条件下自发还原Cu离子制备Cu修饰碳纳米管基复合材料的新合成路线，可用于在在常压、室温条件下于水溶液中催化还原硝基苯。孙振宇，赵燕飞，张宏晔，刘志敏【２０】以Pt/碳纳米管高效纳米催化材料无溶剂条件下对硝基苯加氢显示高活性与选择性；同时他们和陶然婷【2１】用Pd/云母高效纳米催化材料于卤代芳烃与烯烃的Heck反应，对这类反应显示很高的活性和稳定性。闰静宜【２２】制备的核壳结构Fe304/SiO2/类水滑石材料用光催化甲基橙的降解反应作为光催化甲基橙的降解，刘名扬、李百舸、赵景红等【２３】研制的纳米SnO2材料催化发光传感器可用于汽油样品的甲基叔丁基醚含量的快速检测。2.4在无机反应中的有关应用张燕华、王爱奇、黄彦强等【２４】以SBA-15为模板用超临界CO2沉积法合成介孔结构Co3O4纳米材料在室温下即可催化CO的氧化。在HO2O2催化分解时EstherFanelli、MariaTurco、AnnamariaRusso等【２５】用凝胶法合成的MnOx/ZnO具有高表面积和高催化活性,在催化分解性能优异于先前研究的Mn/Zn氧化物体系。陈莎、张宏晔、刘志敏等【２６】利用一种TiO2负载的铜基双金属纳米催化材料对室温下水溶液中硝酸盐的加氢反应显示很高的催化活性和稳定性。2.5在环境保护方面的应用谢兰英等【２７】研制出两种型号的纳米催化剂能明显降低卷烟烟气CO释放量，南开大学课题组【２８】用一种新型纳米催化材料，用于汽车尾气中NOx的催化还原和饮用水中硝酸根的催化脱除，且该催化剂具有很好的活性、稳定性、抗毒性和寿命。苏碧桃、张小红、敏世雄等【２９】TiO2/具有共轭结构的高分子(CPF)纳米复合催化材料用于亚甲基蓝的光降解，COD去除率达93.19%且重复利用6次的脱色率依然在95%以上；翟晶【３０】合成的氧化锌类催化剂可用于对罗丹明B、亚甲基蓝、苯酚的光降解。AbstractThisarticlefromthenanometercatalyticmaterialinthefieldofchemicalapplicationasthestartingpoint,inelectrochemistry,organicchemistry,inorganicchemistry,environmentalprotectionandotheraspectsofnarrative,emphaticallyintroducestheapplicationinorganicchemistry.参考文献1吴永兰,文耀智,文茜.有机电合成与纳米催化材料.湘南学院学报,2005,26(5):59-622YinjieWang,JinchengLiu,LeiLiu,DarrenDelaiSun.High-qualityreducedgrapheneoxide-nanocrystallineplatinumhybridmaterialspreparedbysimultaneousco-reductionofgrapheneoxideandchloroplatinicacid.Wangetal.NanoscaleResearchLetters2011,6:2413原霞.铂系双金属(P/M，M:Fe，Co，Ni)纳米催化材料的化学可控合成及性能表征.济南：山东大学，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园丁.可见光响应型纳米催化材料问世.污染防治技术.2010,(04):46８ChunfangZhang,YunxiangBai,YanqiYin,JinGu,andYupingSun.HighcatalyticperformanceofCuOnanocrystalswithlargestdefects.KoreanJ.Chem.Eng.,2011,28(2),:602-607９王存景，王艳博，陈改荣.NaCl担载Fe催化裂解乙炔制备纳米碳材料.化学研究与应用,2011,23(8):1075-1077１０成春春，朱劼，李明时，朱建军，单玉华.成型TiO2负载型纳米碳纤维催化材料的制备与表征.高校化学工程学报,2009,23(3):527-531１１杜建平,宋昌,宋金玲,赵江红,朱珍平.纳米碳材料负载铂催化剂在环己烷脱氢反应中的催化性能研究.燃料化学学报,2009,37(4):468-472１２王乐屏,赵永纲,沈昊宇,茅旗峰,夏清华.负载Cr(VI)纳米Fe3O4磁性高分子材料的催化性能.中国科学:化学,2010,40(11):1575-1583１３TiO2纳米催化材料研究取得进展.传感器世界，2009（6）：42１４张宏晔，孙振宇，谢芸，刘志敏.可控合成金属/金属氧化物纳米催化材料的绿色方法研究.中国化学会第27届学术年会,2010１５李霞章,姚超,陈志刚.凹凸棒石/Ce1–xZrxO2纳米复合材料的制备及其催化氧化性能.硅酸盐学报,2011,29(8):1307-1311１６赵燕飞,孙振宇,张宏晔,黄长靓,刘志敏.Pd/氧化石墨高效纳米催化材料的制备及其性能研究.中国化学会第27届学术年会，2010１７刘宝仓.三维有序孔道型纳米催化材料的可控制备、结构调控及催化性能研究.呼和浩特：内蒙古大学，2011１８刘淑娟.纳米催化材料的液相化学合成、生长机理及其性能研究.合肥：中国科学技术大学，2009１９王聪，梁肖敬，卫巍，杨芳，乔羽，李海燕.Cu修饰碳纳米管基复合材料的高效合成及其催化应用研究.厦门大学学报（自然科学版），2011,50（6）：958-962２０孙振宇，赵燕飞，张宏晔，刘志敏.超声法制备Pt/碳纳米管高效纳米催化材料研究.中国化学会第28届学术年会,2012２１陶然婷，孙振宇，谢芸，张宏晔，刘志敏.Pd/云母高效纳米催化材料的制备及其性能研究.中国化学会第27届学术年会,2010２２闰静宜.类水滑石纳米催化材料的制备及性能研究.合肥：安徽大学，2011２３刘名扬,李百舸,赵景红,杨波,牟明仁.纳米SnO2材料催化发光传感器的研制及其在测定汽油中MTBE的应用.石油学报(石油加工),2012,28(1):27-32２４YanhuaZhang,AiqinWang,YanqiangHuang,QinqinXu,JianzhongYin,TaoZhang.NanocastingSynthesisofMesostruct