金屬磷酸鹽納米管的催化性能研究

《金屬磷酸鹽納米管的催化性能研究》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：金屬磷酸鹽納米管的催化性能研究
• 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

金屬磷酸鹽具有豐富的結構化學特點和物理化學性能，在氧化催化、酸催化等領域用途廣泛。大量研究表明，孔道結構特點對其物理化學性能有著重要的影響。將金屬磷酸鹽（催化劑）做成納米管，並考察其催化性能是十分有意義的課題，其形貌上納米尺度的晶體結構彎曲可能會產生特別的表面界面效應，使表面活性位點更加活潑，以及管道形貌在反應中可能表現出的限域效應，可能對其內部發生的反應產生特殊的效應，可望獲得高的活性和獨特的選擇性。本組前期工作已經初步揭示了這一點，並首次合成了一系列金屬磷酸鹽納米管，如磷酸鋁、磷酸銅、磷酸鎳等。針對這些新穎的金屬磷酸鹽納米管材料深入研究其合成機理，並通過摻雜等調變手段對納米管表面酸鹼性和氧化還原性能進行調節，獲得一系列管徑與組成變化的金屬磷酸鹽納米管，並研究其形貌、孔道結構尺寸、組成與催化反應性能之間的關係，著力開發其在選擇氧化催化、酸催化等方面的套用是非常值得的。

結題摘要

金屬磷酸鹽具有豐富的結構化學特點和物理化學性能，在催化、吸附、離子交換、鋰離子電池等領域均有重要套用而備受關注。 但是金屬磷酸鹽由於其結構的複雜多變性（化學組成和晶體結構眾多），在溶液中極易結晶析出，使得金屬磷酸鹽納米管的可控合成及其催化和其他性能研究，都面臨很大的困難。本項目主要發展建立比較完善的基於仿生合成路線的液相軟化學方法製備金屬磷酸鹽納米管材料的方法學，深入研究其合成機理，成功合成了一系列金屬磷酸鹽納米管材料以及複合金屬磷酸鹽納米管材料；對這些金屬磷酸鹽納米管材料及其層狀中間體材料進行相應處理轉化，成功製備了一些新穎的二維納米薄片材料；對這些金屬磷酸鹽納米管及其衍生的二維納米薄片材料的催化、電催化、電化學儲能等套用進行了廣泛的探索研究。 首先，發展完善了以混合有機胺為模板劑的仿生合成路線，成功合成了包括磷酸鈷，磷酸鋅，磷酸鐵，磷酸鈣，磷酸銅，磷酸鎳，磷酸鋁等在內的一系列金屬磷酸鹽納米管，並通過摻雜、離子交換等手段獲得了複合金屬磷酸鹽納米管材料，初步建立了比較完善的基於仿生合成路線的液相軟化學方法製備金屬磷酸鹽納米管材料的方法學和材料庫。其次，發現並巧妙利用層狀結構中有機無機組分相互限制生長轉化的相關性，利用金屬磷酸鹽納米管及其中間體層狀結構的特點控制其限域轉化，成功製備出超薄的SAPO分子篩薄片材料和具有三明治夾層結構的磷酸鐵鋰/石墨烯複合納米薄片材料，其分別顯示出優異的酸催化性能和鋰離子電池性能。第三，對金屬磷酸鹽納米管材料的催化、電催化性能探索研究中，發現金屬磷酸鹽納米管顯示出較其他普通形貌更高的催化活性，如磷酸銅納米管對醇類有機物的電催化氧化活性均明顯高於相應的磷酸銅納米片，研究表明，磷酸銅納米管中的二價Cu離子更活潑，導致其高的電催化氧化活性；羥基磷灰石納米管表面結構有利於負載的貴金屬鈀高分散和穩定，顯示出比羥基磷灰石納米顆粒載體更優異的催化活性（乙烯乙炔選擇性加氫）和穩定性。此外，納米管孔結構本身可能還有利於反應中的傳質，從而有助於其催化性能表現。這些研究結果不僅加深了對金屬磷酸鹽納米管材料及催化性能的認識，而且獲得了一些具有自主智慧財產權的創新成果。