硫、氮掺杂碳纳米管负载Ru催化剂的制备及其催化乙酰丙酸加氢反应性能

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1、硕士学位论文硫、氮掺杂碳纳米管负载Ru催化剂的制备及其催化乙酰丙酸加氢反应性能能能作者姓名孟珍学科专业工业催化指导教师余皓教授所在学院化学与化工学院提交日期2018年6月TheSynthesisandLevulinicAcidHydrogenationPerformanceofRuCatalystsSupportedonSulfur-/Nitrogen-dopedCarbonNanotubesADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhenMengSu

2、pervisor：Prof.HaoYuSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou,China分类号：学校代号：10561学号：201520118590华南理工大学硕士学位论文硫、氮掺杂碳纳米管负载Ru催化剂的制备及其催化乙酰丙酸加氢反应性能作者姓名：孟珍指导教师姓名、职称：余皓教授申请学位级别：工学硕士学科专业名称：工业催化研究方向：多相催化论文提交日期：2018年4月24日论文答辩日期：2018年6月3日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：彭

3、峰（教授）委员：余皓（教授）黄肖容（副教授）江琦（副教授）宋慧宇（副教授）摘要碳纳米材料因其独特的结构和优良的理化特性，在催化领域有着重要而广泛的应用。杂原子的掺入可以使碳材料产生局部结构缺陷，有效调变其形貌、电子结构和物理化学特性。在过去的几年里，硫和氮掺杂的碳材料引起了大家的广泛关注掺杂碳材料在作为非金属催化剂时表现出独特的催化性能，同时也是优良的催化剂载体，可以有效提高负载型贵金属催化剂的分散度。本文在掺硫碳纳米管和掺氮碳纳米管上负载Ru催化剂，探究了掺硫和掺氮碳纳米管与Ru纳米粒子（NPs）的相互作用并研究

4、其对乙酰丙酸加氢反应的影响。论文的主要内容如下：（1）采用噻吩热解法在碳纳米管表面负载了掺硫碳层，通过改变热解温度和选用氟化碳纳米管为载体，可以调控掺硫量在0.7%-6.5%之间变化。用均相氧化沉积法在其上负载了Ru纳米催化剂。乙酰丙酸加氢反应评价试验表明S掺杂碳材料会抑制Ru催化剂的活性，但可显著改善催化剂的稳定性，Ru/S@CNT的乙酰丙酸加氢活性经5次循环可保持不变。（2）通过TEM和XPS的分析证实RuNPs与含S官能团之间存在着相互作用，相比普通碳管为载体时，活性组份Ru表现出缺电子特性，电子从Ru向掺硫

5、载体转移。硫掺杂增强了金属-载体之间的相互作用，能使负载的RuNPs具有更小的粒径和更窄的粒径分布，并且能够很好的稳定RuNPs，提高了催化剂的稳定性。（3）采用吡啶裂解的方法制备了掺氮碳纳米管，同样采用均相氧化法制备了一系列Ru催化剂。系统研究了掺氮碳纳米管（N@CNT）上特定形式的含氮官能团与RuNPs之间的相互作用。XPS分析表明在掺氮载体上负载的Ru，相比普通碳管为载体时，表现出得电子特性，电子从掺氮载体向Ru转移。RuNPs与吡啶氮之间存在强相互作用，在较低负载量时Ru优先与吡啶氮位点结合。将乙酰丙酸加氢

6、反应的本征活性与RuNPs的电子结构相关联，发现两者有强相关性。表面富余电子的Ru纳米催化剂在乙酰丙酸加氢反应中具有更高的本征活性。关键词：乙酰丙酸；加氢；硫掺杂；掺氮碳纳米管；钌；金属-载体相互作用IAbstractCarbonnanomaterialshavewideapplicationsincatalysisfieldduetotheirpeculiarstructureandexcellentphysicochemicalproperties.Heteroatomdopantsendowcarbonmat

7、erialsinterestingelectroniccharacteristicsandsurfacechemistry.Inparticular,theS-andN-dopedcarbonshavegainedagreatdealofattentioninthelastfewyears.Heteroatom-dopedcarbonnanotubes(CNTs)exhibitexcellentcatalyticperformanceeitherasmetal-freecatalystsorascatalystsu

8、pportstoachievehighdispersionofnobelmetals.Inthiswork,wefocusonthemetal-supportinteractionofRusupportedonS-dopedandN-dopedCNTsandevaluatethecatalyticperformanceoftheRucatalysttound