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【6h】

层状HNbWO6纳米复合材料的构建及其催化性能研究

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摘要

引言

1 文献综述

1.1 层状化合物概述

1.2 层状化合物的分类及制备

1.2.1 层状化合物的分类

1.2.2 层状化合物的制备

1.3 层状化合物的改性及应用

1.4 层状铌钨酸

1.4.1 层状铌钨酸的结构特点

1.4.2 层状铌钨酸的性质

1.4.3 层状铌钨酸的改性及应用

1.5 课题的研究内容

2 层状LiNbWO6的改性、结构特征及酸催化应用

2.1 实验部分

2.1.1 仪器及试剂

2.1.2 催化材料的制备

2.1.3 样品表征

2.1.4 甲苯硝化实验

2.2 结果与讨论

2.2.1 LiNbWO6及其改性材料的物相结构及形貌特征

2.2.2 LiNbWO6及其改性材料的骨架结构

2.2.3 LiNbWO6及其改性材料的酸性特征

2.2.4 LiNbWO6及其改性材料的比表面积及孔径分布分析

2.3 LiNbWO6及其改性材料的酸催化应用

2.3.1 甲苯硝化反应简介

2.3.2 甲苯硝化结果分析

2.4 本章小结

3 HNbWO6纳米片的制备及催化应用

3.1 实验部分

3.1.1 仪器及试剂

3.1.2 HNbWO6纳米片的制备

3.1.3 催化剂表征

3.1.4 纳米片光催化性能测试

3.1.5 纳米片的酸催化性能

3.2 结果与讨论

3.2.1 HNbWO6纳米片的物相结构与形貌特征

3.2.2 HNbWO6纳米片的比表面积及孔径分布分析

3.2.3 HNbWO6纳米片的结构特征

3.2.4 HNbWO6纳米片的酸性特征

3.2.5 HNbWO6纳米片光催化性能

3.2.6 HNbWO6纳米片的酸催化性能

3.3 本章小结

4 HNbWO6复合材料的制备、表征及光催化应用

4.1 实验部分

4.1.1 仪器及试剂

4.1.2 HNbWO6复合材料的制备

4.1.3 复合材料的表征

4.1.4 催化剂光催化性能测试

4.2 结果与讨论

4.2.1 复合材料的剥离后样品的热力学性质

4.2.2 HNbWO6复合材料的物相结构

4.2.3 HNbWO6复合材料的形貌特征及元素分析

4.2.4 HNbWO6复合材料的骨架结构特征

4.2.5 HNbWO6复合材料的程序升温还原分析

4.2.6 HNbWO6复合材料的比表面积及孔径分析

4.3 HNbWO6复合材料的光催化性能

4.4 本章小结

结论

参考文献

致谢

作者简介及读研期间主要科研成果

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摘要

近年来,层状过渡金属氧化物的合成、改性以及催化应用已经成为目前催化材料的热点研究课题之一,而且具有很高的研究价值。研究者们主要通过离子交换、柱撑、浸渍、剥离-组装等方式对层状材料进行改性,希望可以增大层间通道、提高酸强度及酸量,增加比表面积、改变禁带宽度,从而提高其理化活性。以层状LiNbWO6为基础材料设计、组装新型材料具有良好的理论基础和可行性,而且具有很高的实际应用价值。
  本文采用高温固相法合成LiNbWO6前驱体,通过离子交换、柱撑、剥离组装等途径对其进行改性,并采用XRD、FT-IR、SEM、NH3-TPD、N2吸附-脱附、H2-TPR等技术对修饰改性后的材料的理化性质进行分析,选择甲苯硝化反应和降解MB和RhB为探针实验分别评价合成材料的酸催化和光催化性质。结合表征及实验结果得出如下结论:
  XRD及SEM分析表明Fe1/3NbWO6,HNbWO6及HNbWO6/Fe2O3-SO42-均保存着比较完整的层状结构。红外光谱表明随着层间客体物质的变化,主客体之间的相互作用也随之变化。N2吸附-脱附分析表明它们的比表面积依次是2.33,4.06,85.2 m2·g-1,在p/p0下的孔容分别是0.007,0.013,0.234 cm3·g-1。柱撑明显地提高了催化剂的比表面积和孔容,但同时孔径分布表明该过程使材料的层状结构遭到一定的破坏。甲苯硝化结果结果表明:Fe1/3NbWO6,HNbWO6和HNbWO6/Fe2O3-S O42-的转化率和对邻比值分别为:93.8%,1.01、95.9%,1.02、96.3%,1.2,显示了一定的催化活性和择形选择性。结合材料的结构及酸性分析,影响甲苯硝化反应的两个主要因素是催化材料层间通道及强酸性酸位。
  XRD,SEM及N2吸附-脱附测试表明:经剥离制备的HNbWO6纳米片的层状结构虽然遭到一定的破坏,但层间通道明显增大,比表面积增加至131.1m2·g-1。从Raman表征结果可以看出HNbWO6纳米片不仅保存了原来的Nb-OH还形成了新的Nb-OH。HNbWO6纳米片甲苯硝化的转化率及对邻比值分别为99.7%和1.12。HNbWO6及纳米片对MB及RhB均表现出比较好的降解效果,由于比表面积的增大,纳米片的光催化活性明显增高,但是两种染料的降解效果是不同的,前者降解率接近100%,而后者只有90%左右。
  利用剥离-重组法成功制备出HNbWO6/Fe2O3和HNbWO6/ZnO复合材料,从Raman,H2-TPR等表征结果可证明主客体存在着明显的相互作用。N2吸附-脱附分析表明,HNbWO6/Fe2O3和HNbWO6/ZnO的比表面积分别变为156.0 m2·g-1和106.5 m2·g-1,孔容分别为0.395cm3·g-1和0.201cm3·g-1,但是后者比前者的孔径分布要相对集中。纳米片及复合材料在可见光下对MB都表现出比较优异的降解效果(接近100%),其催化活性顺序为:HNbWO6纳米片≥HNbWO6/Fe2O3>HNbWO6/ZnO>ZnO>Fe2O3,它们的降解效果与比表面积的大小比较吻合,说明比表面积是影响光降解的一个重要因素。

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