新型绿色催化剂Ag-Co/CNTs和Bi_2O_3的制备和性能研究

【摘要】全球经济在化工行业的推动下迅速发展,在此过程中也对人类健康、社区安全、生态环境造成了严重的危害。绿色化学(GreenChemistry)通过不断优化产品、提高工艺和创新催化剂等方法来减少或消除对人类和环境有毒有害原料、溶剂、催化剂和副产物等的使用和产生。在绿色化学中催化化学处于核心支柱地位。选用合适的催化剂能够有效降低反应能垒,提高有限原料的使用效率,降低或消除副产物的生成量,从而实现目标产物选择性和收率的提高,直接从源头上降低环境污染的成本。以绿色化学的12条经典原则为准则,本文制备了双金属改性碳纳米管电极、氧化铋电极和氧化铋粉末催化剂3种绿色催化剂。运用透射电子显微镜(TEM)、场发射扫描电子显微镜(FE-SEM)、X-射线衍射仪(XRD)和电化学工作站等手段对催化材料进行表征。采用还原镀法制备了由Ag和Co双金属改性的碳纳米管(CNTs)复合材料。通过表征可知：Ag-Co金属纳米颗粒均匀地负载在具有巨大长径比和比表面积的碳纳米管表面,金属颗粒具有3-6nm左右的微小粒径。由Ag-Co和CNTs组成了具有优异氧激活转移能力的架构,能够有效提高碳纳米管的电催化性能。以水相体系中苯酚选择性氧化合成苯醌为模型反应,在电催化作用下,以Ag-Co/CNTs电极为阴极进行选择性氧化反应。金属质量分数为20wt%,Ag：Co原子比为2：1的Ag-Co/CNTs的苯醌收率可以达到未改性CNTs的2.7倍,同时苯醌的选择性也明显提高,从未改性CNTs时的43.94%提高到了Ag-Co/CNTs的91.8%。Ag-Co/CNTs在电催化作用下,在水相有机合成反应中表现出优异的选择性。以Ag-Co/CNTs电极为工作电极进行循环伏安扫描,考察电极材料的电催化性能并初步探讨其选择性氧化合成的电催化机理。通过对底物浓度、金属质量分数、氧含量和扫描速度等因素的考察初步推断：在电催化作用下,Ag-Co/CNTs电极能原位高效利用氧分子。首先双金属吸收氧分子后,将氧分子转移到Ag-Co和碳纳米管构成的活性位点,与Ag生成不稳定氧化物,得到电子后金属Ag-O氧化物被还原,将激活氧供给苯酚用于选择性氧化合成苯醌。利用电沉积法和水热法分别制备了Bi2O3薄膜电极和Bi2O3粉末催化剂。在水相中以苯甲醇选择性氧化合成苯甲醛为模型反应,考察Bi2O3电极的电催化性能。当外加电压为2V时,电沉积法Bi2O3电极的苯甲醛选择性是滴涂法Bi2O3电极的4倍,达到59.4%；同时苯甲醛的收率为滴涂法Bi2O3电极的10倍左右。电沉积法Bi2O3电极表现出优异的电催化选择性氧化性能。通过表征可以看出由Bi2O3纳米颗粒构成的立体结构能快速接收并转移电子。采用不同水热法制备了Bi2O3粉末光催化剂,并考察其在可见光下的对苯甲醇的去除效果。在相同可见光照条件下,相比纳米花法和纳米片法制备的Bi2O3催化剂的光催化效率,纳米笼法制备的Bi2O3催化剂具有更好的可见光催化性能,苯甲醇的转化率最高。对纳米笼法得到的Bi203催化剂进行表征可知：催化剂Bi203特殊的笼状结构由粒径在100-150nm左右的纳米颗粒组成,这种结构能更加有效提高物质传输速率和光吸收效率。在样品中检测到多种晶型的Bi203晶体结构。在反应体系中混合晶型Bi203有利于可见光照产生的电子快速迁移传递并参与反应。
【作者】徐特；
【导师】丛燕青；
【作者基本信息】浙江工商大学，环境工程（专业学位），2014，硕士
【关键词】绿色化学；Ag-Co；碳纳米管；氧化铋；选择性氧化；电催化；可见光；苯酚；

【参考文献】
[1]齐云飞.监督过失的注意义务研究[D].吉林大学,刑法学,2013,硕士.
[2]廖子龙.韦伯多元价值学说初探[D].首都师范大学,外国哲学,2014,硕士.
[3]刘桃.中国古典文学名著的电视剧改编研究[D].中国艺术研究院,广播电视艺术学,2012,硕士.
[4]吴永炎.超细TATB的制备及TATB基传爆药配方设计初探[D].中北大学,安全技术及工程,2013,硕士.
[5]张茂荣.跨国公司内部贸易研究[D].吉林大学,国际贸易学,2004,硕士.
[6]于蒙.基于多Agent的集装箱码头生产调度系统的研究[D].武汉理工大学,2007.
[7]罗敏.空间机械臂遥操作虚拟仿真与作业规划技术研究[D].华中科技大学,机械设计及理论,2013,硕士.
[8]张倩倩.建国初期中国共产党新疆民族政策研究[D].河北师范大学,中共党史,2014,硕士.
[9]沙成刚.基于Geo-Studio的土石坝渗流与稳定分析研究[D].兰州理工大学,水利水电工程,2014,硕士.
[10]唐绪福.含1，2，4-三唑环曲酸衍生物的合成及生物活性研究[D].湖南科技大学,化学,2013,硕士.
[11]易南君.南方地区当代道教建筑外部空间环境设计研究[D].湖南大学,建筑学,2012,硕士.
[12]王娟.雷达微弱目标检测技术研究[D].西安电子科技大学,信号与信息处理,2012,硕士.
[13]吕万海.呼和浩特公共消防事业在发展中存在的问题及解决对策[D].内蒙古师范大学,行政管理（专业学位）,2012,硕士.
[14]刘荣多.河北省上市公司股权结构与公司绩效的实证分析[D].河北农业大学,农业经济管理,2004,硕士.
[15]孙斯文.抗战时期陕甘宁边区党的干部教育研究[D].吉林大学,学科教学,2014,硕士.
[16]马彬彬.知识产权出资法律问题研究[D].中南民族大学,经济法学,2013,硕士.
[17]张玉萍,尹贻恒,刘蒙,吴志心,申端龙,王翠玲,张会云.具有双周期势的石墨烯超晶格电子带隙和传输特性的研究[J].光电子.激光,2013,01:190-196.
[18]王向辉.飘荡的诗的幽灵[D].河南大学,中国现当代文学,2004,硕士.
[19]冯晋,李春平.基于统计学和语义信息的中文文本主题识别技术[J].清华大学学报(自然科学版),2005,S1:1791-1794.
[20]张强.广义凸函数和最优性条件[D].吉林大学,运筹学与控制论,2013,硕士.
[21]廖德健.基于DSP的空压机运行状态监控系统的开发[D].武汉理工大学,控制工程,2003,硕士.
[22]胡小静.自动分拣鸡蛋平台智能控制系统研究[D].河南科技大学,机械电子工程,2013,硕士.
[23]张秀球,吴南萍,黎国华,王笃年,刘孝元,戈益超,曾应超,毛杨林.2015年高考化学复习试题精粹[J].中学化学教学参考,2015,Z1:68-137.
[24]郑珂晖.基因芯片中的生物信息学应用[J].武夷科学,2004,00:81-85.
[25]张红光,姚宝峰,刘中良,纪常伟,夏国栋,吴斌.促研究性学习提高人才培养质量[J].实验室研究与探索,2014,01:177-181.
[26]马冠雄,刘明波,王奇.一种识别静态电压稳定分岔点的混合方法[J].电力系统自动化,2006,24:17-20+43.
[27]郗烨.中国共产党领导集体核心对社会主义发展阶段的认识和启示[D].扬州大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[28]张孝贤.陕西陕煤曹家滩矿业公司绩效考核体系设计[D].西安科技大学,工商管理,2014,硕士.
[29]吴虹.应用CBCT研究膀胱边界运动及其对直肠癌术后放疗剂量学的影响[D].河北医科大学,肿瘤学,2013,硕士.
[30]单建新.W研究所绩效工资体系重建研究[D].中国地质大学（北京）,公共管理,2013,硕士.
[31]刘洋.杂种犬自体单肺移植的实验研究及术后凝血功能的变化[D].河北医科大学,外科学,2014,硕士.
[32]陈雷.电信运营商网上营业厅服务质量实证研究[D].西南交通大学,工业工程,2014,硕士.
[33]康慧.夫妻约定财产制研究[D].河北经贸大学,民商法学,2012,硕士.
[34]薛炳蔚,尤江恩.电子管求根仪的试制研究[J].自动化学报,1965,03:151-157.
[35]李浩.学优生学困生工作记忆中注意焦点转换的比较研究[D].河北师范大学,应用心理,2013,硕士.
[36]朱国华.股票期权的会计研究[D].西安理工大学,企业管理,2004,硕士.
[37]路齐峰.异形柱框架结构中L形柱的抗震性能研究[D].西南交通大学,结构工程,2012,硕士.
[38]胡庆彬,卢元元,朱明程.单核单涡旋混沌系统定平面折返控制法[J].控制与决策,2005,01:113-116.
[39]窦荣兴.商业银行大客户管理运作机理与创新研究[D].华中科技大学,2005.
[40]龚兴华.数字程控交换机与专网中的多媒体通信[J].世界电信.1994(05)
[41]李卓阳.外商直接投资（FDI）对天津市经济影响研究[D].吉林大学,区域经济学,2014,硕士.
[42]李鹏飞.海底隧道围岩稳定性分析与控制研究[D].北京交通大学,2011.
[43]姜媛媛.远程教育资源网中的个性化资源推荐研究[D].西安电子科技大学,教育技术学,2011,硕士.
[44]张石春,季志恒,贾茂平,张彦增.大埋深条件下水文地质参数分析[J].水利规划与设计.2003(03)
[45]康家慧.高职院校学生道德判断能力、内疚与亲社会行为的关系研究[D].河北师范大学,发展与教育心理学,2014,硕士.
[46]周慧.铜镉渣中铜、镉、锌的提取分离研究[D].东北大学,化学工程,2010,硕士.
[47]祁异慧.关于谭晶演唱风格的探究[D].东北师范大学,音乐学,2012,硕士.
[48]冷坤岳.基于丝光沸石的新型傅氏烷基化催化剂的制备与表征[D].哈尔滨工业大学,化学工程与技术,2013,硕士.
[49]赵焱.定量检测猪天然调节性T细胞转录因子的夹心ELISA方法[D].南京农业大学,兽医,2012,硕士.
[50]周泽.行政诉讼受案范围的完善对策研究[D].广西民族大学,诉讼法学,2013,硕士.