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UiO-66空心纳米球的设计及其催化性能研究
李美燕1
作者信息
摘要
中空金属-有机框架材料（MOFs）具有各种优点，如增强的气体吸附性能、高比表面积、高孔隙率、传质速率快等。除了中空纳米结构带来的优势，中空MOFs还拥有MOFs本身具有的特性，如MOFs的有机配体上官能团的给/失电子能力，能调节与金属离子配位的配位基团的电子密度以及材料本身的形貌；此外，MOFs的配体具有可修饰性，可以通过功能化在框架中引入新的特定官能团，赋予MOFs材料新的理化性质，从而提高其在特定反应中的催化活性。因此，我们选择稳定性良好的Zr-MOF（UiO-66）作为MOFs壳层，设计了一系列Zr-MOF空心纳米球，将其应用于多相催化中。首先，我们使用中空MOFs为载体负载Pt纳米粒子用于催化肉桂醛选择性加氢，为了得到优异的催化活性，对MOFs结构进行了更精密的设计，并成功合成了一系列不同形貌的双壳层空心纳米球Void@UiO-66-NH2@Pt@UiO-66-X(X=H、NH2、Br、NO2)催化剂。随后，我们又对中空MOFs进行了修饰，将具有高活性的均相催化剂（季铵盐）引入MOFs中，得到了空心纳米球Void@UiO-66-I催化剂，将其用于催化CO2环加成反应，并与实心块季铵盐功能化MOFs材料的催化活性进行对比。 第一部分：以SPS纳米球（磺化的聚苯乙烯纳米球）为模板，在其表面自组装一层UiO-66-NH2，通过普通浸渍法将Pt纳米粒子负载到UiO-66-NH2上，然后再使用含不同官能团的对苯二甲酸与锆离子在外层配位生长一层UiO-66-X(X=H、NH2、Br、NO2)，最后用DMF将模板去除，得到一系列拥有不同形貌的双壳层空心纳米球Void@UiO-66-NH2@Pt@UiO-66-X(X=H、NH2、Br、NO2)催化剂，并将其用于催化肉桂醛选择性加氢反应。实验证明，其中外壳层形貌为疏松多孔的片状结构，整体形貌呈花状的Void@UiO-66-NH2@Pt@UiO-66-NO2催化剂表现出最好的催化活性和良好的循环稳定性。 第二部分：以SPS纳米球为模板，在其表面自组装一层UiO-66-NH2后，用碘乙醇与UiO-66-NH2发生季铵化反应，在MOFs中引入羟基功能化季铵盐，最后用DMF去除模板得到空心纳米球Void@UiO-66-I催化剂，并将其用于CO2环加成反应，评估其催化活性及选择性。与实心块UiO-66-I相比，由于Void@UiO-66-I催化剂内含有大体积的空腔，起到加快传质速率的作用，表现出了更好的催化活性。
关键词
金属-有机框架材料/催化性能/中空结构/UiO-66空心纳米球/离子液体固载化/肉桂醛加氢/环状碳酸酯引用本文复制引用
授予学位
硕士学科专业
物理化学导师
陈超/汪淑华学位年度
2021学位授予单位
南昌大学语种
中文中图分类号
O6