纳米NiO、ZnO和WO3的制备及其催化性能研究

在有机催化中，如何提高反应的转化率和选择性一直是人们研究的热点。而对于这一研究热点来说，其关键主要在于对催化剂的研究。催化剂是指在化学反应中改变其他物质的反应速率，而自身在反应中没有发生变化的物质。众所周知，催化剂的尺寸、形貌和分散性也对其发挥催化性能有着重要的影响。因此，具有较小尺寸、形貌多样和高分散的纳米级催化剂受到了广大研究学者的青睐。本论文采用不同的合成方法制备得到氧化镍纳米饼、花状氧化锌纳米结构和棒状纳米氧化钨，并对其进行了掺银或负载等处理，同时利用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）对样品进行了表征。实验结论主要有以下几个方面：（1）以油酸钠或油胺为辅助剂、不同镍银比例，微波辅助溶剂热法合成了系列NiO和Ag/NiO的纳米结构，并对其催化苯乙烯的环氧化性能进行了考察。研究结果发现：随着银掺杂量的增加，其烯烃环氧化的催化性能出现了转化率和选择性有下降的现象，证明金属Ag与NiO间的作用确实可以影响催化剂的催化性能。随后，对以不同膨润土量负载NiO所合成的NiO/膨润土材料进行了催化苯乙烯的环氧化性能研究。考察结果表明：载体膨润土量的变化对NiO/膨润土催化苯乙烯的环氧化性能影响并不明显。但是，将负载后的NiO/膨润土与没有进行负载的纯NiO催化苯乙烯环氧化性能的对比中发现，在膨润土的质量为0.8g时，所合成的NiO/膨润土材料在保证催化性能的基础上，大大提高了催化剂与反应物的分离效果。（2）用微波水热法制备了ZnO和Ag2O/ZnO（银锌比例为1:9和2:8）纳米材料,并对所制备的样品在400oC下进行了2小时的焙烧后，得到了纳米ZnOcal和Ag/ZnOcal（银锌比例为1:9和2:8），考察了系列样品催化苯乙烯环氧化反应和光催化降解罗丹明B的性能。结果显示，在苯乙烯环氧化和光催化降解罗丹明B反应中，所合成银锌比例为2:8的Ag2O/ZnO纳米结构的催化性能都为最优。在苯乙烯环氧化反应和光催化降解罗丹明B的反应中，焙烧后的样品明显没有未焙烧的样品催化性能高，其原因可能是焙烧后的催化剂出现了团聚现象，导致催化活性降低。对于直接用微波水热法制备（未焙烧）的ZnO和Ag2O/ZnO（银锌比例为1:9和2:8）系列样品，其苯乙烯环氧化和光催化降解罗丹明B的催化性能规律均为：Ag2O/ZnO（银锌比例为2:8）> ZnO> Ag2O/ZnO（银锌比例为1:9）。（3）以对氨基苯甲酸为辅助剂，用水热法制备了直径为50-80nm的棒状纳米WO3结构，并考察了其催化环己烯合成己二酸的性能。在对催化反应较佳条件的研究中，我们考察了催化剂用量、草酸配体用量、反应温度和反应时间等因素对产物己二酸收率的影响。初步得到反应体系的较佳条件为：反应底物环己烯：8mmol，催化剂用量：0.15mmol，酸性配体草酸用量：10mmol，反应温度：90oC，反应时间12h。将体系进行初步放大（所有反应物的摩尔量按比例放大10倍）后，己二酸的收率可达82.20%，纯度约98.8%。而且，相比商品WO3来说，我们所合成的纳米WO3的催化性能有一定优势。