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纳米技术在催化领域的应用
纳米技术在催化领域的应用——纳米催化;内容;研究背景;研究背景;研究背景;纳米催化剂; 过渡金属氧化物超细催化剂
过渡金属氧化物通常是以多组分复合氧化物的形式作为多相催化剂使用。
过渡金属氧化物颗粒被纳米化以后,其物理化学性能也会随之发生突变,如电性能、磁性能及化学性能等。这些性能上的变化,可为催化反应带来很多变化。
; 超细分子筛催化剂
相对于常规尺度分子筛,纳米超细分子筛由于其力度很小,每个晶粒所含的晶胞数十分有限,使其表现出一些独特的结构与性能特点,如更大的外表面、更多暴露的晶胞、短而规整的孔道、更多易接近的活性位、更加规整的骨架结构、易于改进的结构等,使其在催化裂化、加氢裂化、汽油馏分临氢异构化、合成气催化转化中得到应用。;纳米膜催化剂
将无机膜应用于催化体系,甚至直接作为催化剂使用,最直接的优点是将现场分离引入催化反应,可通过某一产物的选择性透过,迫使反应平衡发生移动,使其远离平衡状态。
纳米厚度的金属膜催化剂结构规整,表面富集大量的类似于晶粒间界性质的结构,是理想的快速扩散结构,且催化剂性能稳定。另外,纳米厚度的金属膜催化剂,表面原子数比例较高,微孔分布集中,有利于择形分离。还具有较强的抗中毒及抗氧化能力,将在未来的化工工业担负重要角色。
;纳米金属、金属合金催化剂的合成
1、物理制备法
物理制备法是指通过物理加工方法得到具有纳米尺度结构的纳米材料的方法。最关键的是如何制备、如何控制纳米尺度材料的结构。物理制备法有多种:
(1)气相凝聚法
通过加热,使前驱体材料,通常是金属单质或化合物,在低压惰性气流中蒸发,逐步均匀凝聚或沉积到特定的底物上,再与冷端空间里分散漂浮的金属原子或原子簇不断碰撞,形成纳米尺度的金属粒子。;(2)溅射法
溅射法是制备金属纳米粒子簇以及各类纳米结构膜的方法。几乎适用于任何物质的蒸发,而气相凝聚法主要用于金属及少数可挥发性金属氧化物等。
溅射法目前主要采用射频溅射的方法,以解决一些绝缘体带电问题。;(3)机械研磨法
机械研磨法是目前制??纳米材料最经济的方法之一。
目前主要用于合成一些非晶态合金类催化剂。
机械研磨主要通过金属粒子的塑性变形来实现。一般来说,单纯通过机械研磨使其粒度进入纳米范畴,难度较大。涉及磨球的硬度、大小以及球磨或研磨的方式等多个因素。;2、化学合成法
在新型结构与性能的各类材料研制方面,化学历来是最重要的方法。它的优势在于其可调性与多样性。
化学合成的最显著的特点是它提供了其他方法难以比拟的均匀性,因为化学反应是在分子水平均匀混合的前提下进行的。
化学制备方法是金属纳米材料合成的主要方法,包括热分解法、超声分解法、还原法、化学气相沉积法等。;(1)热分解法
热分解法是金属纳米粒子化学合成方法中应用最多的方法。通常是将金属纳米粒子的前驱体引入一反应器,在一定温度下进行热分解反应,形成一定粒度大小的金属纳米超细粒子。热分解反应的前驱体一般是一些易于分解的金属配合物,如金属羰基化合物、金属有机配合物等。
最典型的例子是Fe(CO)5在以高沸点溶剂中进行的热分解反应。;(2)还原法
还原法也是一种制备金属纳米粒子催化剂的主要方法,在催化研究中应用更为广泛。
将无机盐或金属配合物、金属簇合物还原为金属态的超细粒子,还原剂有很多。但是,对于特定的金属组分,总有最佳的还原条件与还原剂使所得的金属纳米粒子拥有最佳性能状态。;纳米粒度氧化物催化剂的合成
金属氧化物超细粒子,如Al2O3、SiO2、ZrO2、TiO2、CuO等,在现代工业应用中占有非常重要的地位,如催化剂、陶瓷、电子材料、涂料等。
金属氧化物的合成,主要采用化学合成法,包括凝胶-溶胶法、热分解法、(共)沉淀法、模板剂法、水解法、等离子体法、直接氧化法以及气相氧化法。
;1、凝胶-溶胶法
这是最常用的制备氧化物类物种的方法,是通过金属化合物或配合物经过水解、缩聚反应,来制备具有三维结构的凝胶类氧化物。
如硅胶的制备:;2 、(共)沉淀法
沉淀法是最传统的氧化物制备方法之一。
以沉淀法制备纳米粒子,需要对传统的制备条件及其工艺进行一定程度的改进或修饰,实现可控制的沉淀法制备技术。
沉淀法也是目前比较成熟的工业制备技术之一,一旦用于纳米材料的合成,将对纳米材料的工业化制备带来新的契机。;2 、(共)沉淀法
沉淀法是最传统的氧化物制备方法之一。
以沉淀法制备纳米粒子,需要对传统的制备条件及其工艺进行一定程度的改进或修饰,实现可控制的沉淀法制备技术。
沉淀法也是目前比较成熟的工业制备技术之一,一旦用于纳米材料的合成,将对纳米材料的工业化制备带来新的契机。;3、模板剂法
模板剂法是合成一些具有特定几何构型的纳米晶粒的主要方法,如纳米丝、纳米纤维以及纳米棒、纳米管等。
目前,凡是在合成条件下
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