碳基杂化材料在苯甲醇及水氧化反应中的应用研究

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1、分类号：O643单位代码：10183研究生学号：2015332146密级：公开吉林大学硕士学位论文（学术学位）碳基杂化材料在苯甲醇及水氧化反应中的应用研究ApplicationofCarbon-basedHybridMaterialsintheBenzylAlcoholandWaterOxidationReactions作者姓名：李敏专业：物理化学研究方向：金属有机催化指导教师：管景奇副教授培养单位：化学学院2018年4月碳基杂化材料在苯甲醇及水氧化反应中的应用研究ApplicationofCarbon-basedHybri

2、dMaterialsintheBenzylAlcoholandWaterOxidationReactions作者姓名：李敏专业名称：物理化学研究方向：金属有机催化指导教师：管景奇副教授学位类别：理学硕士培养单位：化学学院论文答辩日期：年月日未经本论文作者的书面授权，依法收存和保管本论文书面版本、电子版本的任何单位和个人，均不得对本论文的全部或部分内容进行任何形式的复制、修改、发行、出租、改编等有碍作者著作权的商业性使用（但纯学术性使用不在此限）。否则，应承担侵权的法律责任。吉林大学硕士学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交学

3、位论文，是本人在指导教师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿声明研究生院：本人同意《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》出版章程的内容，愿意将本人的学位论文委托研究生院向中国学术期刊（光盘版）电子杂志社的《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》投稿，希望《中国优秀博硕士

4、学位论文全文数据库》给予出版，并同意在《中国博硕士学位论文评价数据库》和CNKI系列数据库中使用，同意按章程规定享受相关权益。论文级别：■硕士□博士学科专业：物理化学论文题目：碳基杂化材料在苯甲醇及水氧化反应中的应用研究作者签名：指导教师签名：年月日作者联系地址（邮编）：长春市解放大街2519号（130021）吉林大学前卫北区理化楼作者联系电话：0431-88499140摘要醇类化合物氧化为相应的羰基物质在有机合成中起着重要作用。通常进行这种转化的传统方式是使用化学计量的无机氧化剂尤其是铬或锰试剂。然而，采用清洁的氧化剂如O

5、2和H2O2进行精细化学品的合成是一条更加环保的途径。此外，从经济角度来看，提高原子利用率可以减少催化剂用量，是化工生产所倡导的。因此，在苯甲醇氧化反应中，研究绿色高效的催化氧化体系势在必行。电催化或光电催化分解水产氢为经济可持续发展提供了丰富的可再生燃料资源。与化石燃料相比，氢能具有极高的能量密度和极小的环境危害，已经成为化工行业的重要原料。在水分解过程中，水氧化反应通过提供所需的质子和电子起着关键作用。而且主要效率损失也发生在驱动水氧化反应时，它是阻碍实施基于太阳能燃料的全球经济的主要瓶颈之一。提高水氧化催化剂的效率和稳

6、定性对器件效率和成本效益有直接的影响。因此，本论文从制备催化剂入手，通过不同方法将金属活性中心负载在碳材料上，并将这些催化材料分别用于苯甲醇氧化和水氧化反应中。具体内容如下：一、高效的单位点钴基催化剂的制备及其在苯甲醇选择性氧化反应中的性能研究高分散活性位点的催化剂对最大化原子效率是很有效的。我们通过在氨气氛中对钴盐和氧化石墨进行热处理，将金属钴高度分散在氮掺杂石墨烯骨架中（标记为Co-NG）。通过XPS、XRD、Raman、TEM、SEM、HAADF-STEM和氮气吸附脱附等多种表征技术对Co-NG催化剂进行了表征。表征结

7、果显示，随着掺杂温度的升高，表面O含量减少，而掺杂温度为750oC时，表面N含量继续增加至7.94at%。N与Co的配位改善了Co-NG的催化性能。Co-NG催化剂具有极高的原子效率，并且对多种醇类化合物的氧化都表现出良好的活性和稳定性（如苯甲醇，对氯苯甲醇，对甲基苯甲醇，对甲氧基苯甲醇，对羟基苯甲醇，1-苯乙醇，2-甲基庚醇等）。其中在苯甲醇氧化反应中Co-NG-750反应5h后，可以达到94.8%的苯甲醇转化率和97.5%的苯甲醛选择性，催化剂的平均TOF超过500h-1。I二、MOF衍生的Co基催化剂的制备及在水氧化和

8、氧还原反应中的催化性能研究水氧化反应是水分解过程中的关键反应。通过简单热解金属有机框架Co-MOF将金属钴/氧化钴纳米粒子嵌入到无定形碳中用于电催化水氧化反应。经XPS、XRD、Raman、TEM、SEM和氮气吸附脱附等多种表征技术对材料进行表征，考察了热解温度对材料的结构形态和催化行为的