多元非晶態合金納米管的可控制備及催化性能研究

《多元非晶態合金納米管的可控制備及催化性能研究》是依託南京大學，由郭學鋒擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多元非晶態合金納米管的可控制備及催化性能研究
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：郭學鋒
• 依託單位：南京大學

項目摘要

非晶態合金具有獨特的結構，在催化加氫、脫氫等反應中具有重要套用。其組成、結構和形貌對催化性能具有重要影響。將非晶態合金做成納米管，系統調控其組成、結構和尺寸，並考察相應的催化性能是非常有意義的課題。如其納米管內表面可能的多位點協同作用及限域環境，會對管內催化反應產生特殊的效應，可望獲得高性能催化材料。本組前期工作已初步揭示了這一點，發現小管徑的納米管催化性能更優越，還發現三元NiPB納米管比二元NiB納米管更穩定，這些揭示了探討液相反應中非晶態納米管內限域效應這一科學問題的重要性。因此，本課題擬進一步研究合成機理，獲得一系列管徑與組成可調的多元非晶態合金納米管，深入研究管徑與限域效應，多元組成與納米管穩定性、催化活性及選擇性之間的關係，並針對套用目標調變管徑尺寸、組成種類及比例，著力開發具有工業套用價值的選擇性加氫催化劑。

結題摘要

本項目發展完善了多元非晶態合金納米管的溶液化學合成路線，拓展了非晶態合金納米管的種類，獲得了豐富的三元、四元、甚至五元非晶態合金納米管材料。在吐溫系列非離子/樟腦磺酸陰離子混合表面活性劑與過渡金屬鹽溶液所形成的溶致層狀液晶模板體系中加入硼氫化鈉，製備了多元過渡金屬與硼的非晶合金納米管。其中過渡金屬鹽以Ni、Co、Fe、Cu、Zn等為主，也可加入P的前體鹽類化合物如次亞磷酸鈉，可以成功製備一系列Ni-Fe-Co-P-B、Co-Fe-P-B、Ni-Fe-P-B, Fe-Co-B、Co-Ni-B、Fe-Ni-B、Ni-Cu-B等多元非晶合金納米管。基於一系列實驗結果，揭示了這類反應的機制，發現溶致層狀液晶模板的存在及其誘導生成納米薄片前體是獲得多元非晶態合金納米管的關鍵，層中多種過渡金屬離子及含磷的離子被硼氫化鈉還原後生成多元非晶態合金納米薄片前體的同時還產生氫氣，導致層狀液晶相解離，多元非晶態合金納米薄片前體捲曲形成納米管。在多元反應體系中，由於硼氫化鈉、次亞磷酸鈉與不同的金屬離子之間存在多種競爭反應，使得反應中間體的結構和組成難以控制，容易生成一些納米顆粒或金屬納米晶，使得多元非晶態合金納米管的合成較為困難；同時這些競爭反應影響了最後納米管材料中各個元素的含量。在此基礎上通過細調合成參數並添加適當的穩定劑，可以得到穩定的多元（三元到五元）非晶態合金納米管，並可在一定範圍內調控其組成比例。催化性能對比研究表明，在一些加氫反應中多元非晶態合金納米管不僅具有比相應的非晶態納米顆粒更好的催化性能，而且呈現出四元大於三元大於二元的催化活性順序；同時，調變種類和組成比例，可以得到穩定性更好且催化性能優於二元非晶態合金納米管的三元或四元非晶態合金納米管材料，展現出豐富的可能性和工業套用潛力。