介孔有机氧化硅纳米管的功能化及其催化应用

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1、介孔有机氧化硅纳米管的功能化及其催化应用Functionalizationandcatalyticapplicationofmesoporousorganosilicananotubes工程领域：化学工程作者姓名：孙靖指导教师：韩金玉教授企业导师：刘红光教授级高工天津大学化工学院二零一七年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所

2、做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要介孔有机氧化硅纳米管是一种新型有机-无机杂化材料，由于其具有较高的比表面积、良好的机械/热稳定性、可

3、调节的表面亲/疏水性质以及纳米管的限域效应，在多相催化领域起到十分重要的作用。本论文分别通过有机氧化硅纳米管负载钯金属纳米粒子和掺杂磺酸基官能团作为催化剂，考察在不同多相催化反应中的催化性能。此外通过对有机氧化硅纳米管的高温碳化，首次得到碳量子点掺杂的氧化硅纳米管。本文首先探究了纳米管的微观形貌和结构组成对苯甲醇选择氧化制苯甲醛反应的影响。通过有机硅烷分子自组装过程制备以乙烯基和亚苯基桥连的纳米管，并经过碳化得到相应的碳-二氧化硅杂化纳米管，然后利用浸渍-还原法，对钯金属纳米粒子进行负载得到六种不同的催化剂。苯甲醇选择氧化结果表明，有机氧化硅纳米管可以

4、得到更高的转化率（99%）和选择性（87%），这是由于纳米管结构可以暴露更多的活性位点，使反应物更容易与活性位接触。有机官能团的引入提高了材料表面的疏水性，更有利于反应物和生成物的扩散。此外，将碳元素掺杂于二氧化硅纳米管则提高了材料的电子转移速率，含碳量较高的杂化纳米管作为载体制备得到的催化剂催化苯甲醇氧化反应2h，可以得到99%的苯甲醇转化率和93%的苯甲醛收率。不同有机硅烷前驱体在水热反应中共缩聚可以形成具有特定官能团和特殊功能的有机氧化硅纳米管。本文第二部分通过调节巯丙基硅烷在前驱体中所占比例，得到表面单位面积上具有不同酸含量（酸密度）的有机氧化

5、硅纳米管并用于纤维二糖水解制葡萄糖反应。结果表明，具有纳米管形貌的催化剂表现出更好的催化性能，且随着表面酸密度的增大，催化活性逐渐提高，当表面酸密度达到3.35μmol·m-2时，反应2h纤维二糖转化率可以达到92%，葡萄糖选择性达到96%。同时，与磺酸化二氧化硅纳米管进行对比，有机氧化硅纳米管骨架中的有机官能团由于提高了催化剂的疏水性对该反应有一定的促进作用。论文第三部分对由亚苯基桥连的有机二氧化股纳米管经碳化得到的碳量子点进行了初步探究。亚苯基桥连的有机二氧化硅纳米管碳化后得到碳-二氧化硅纳米管，经过氟化氢刻蚀后得到碳量子点，在高倍透射电镜下可以观

6、察到清晰的晶格条纹，拉曼散射光谱则说明材料具有较高的结晶度。此外，得到的碳量子点还具有明显的紫外-可见吸收光谱和荧光光谱。I万方数据关键词：介孔有机氧化硅纳米管，钯纳米粒子，苯甲醇氧化，磺酸化，纤维二糖水解，碳量子点II万方数据ABSTRACTOrganosilicananotubesisanewtypeoforganic-inorganichybridmaterial,whichcouldbeeasilyfunctionalizedthroughvarietymethodsandperformanimportantroleinheterogeneou

7、scatalysisduetoitshighspecificarea/mechanicalstability,tunablesurfacehydrophilic/hydrophobicpropertyderivedfromvarietyorganiccomponentsandnanotubeconfinementeffects.ThisthesisisfocusedoncatalyticperformanceofcatalystsincludingPalladiumnanoparticlesloadedonorganosilicananotubesas

8、wellassulfonicacidfunctionalizedorganosilicanan