试析钛催化剂光催化降冰片二烯异构研究

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1、天津大学硕士学位论文钛催化剂光催化降冰片二烯异构研究姓名：刘昳申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：张香文;邹吉军20090601摘要降冰片二烯光异构生成的四环烷是一种高密度、高能量的绿色液体推进剂，也是应用前景良好的太阳能储存材料。本文研究了系列含钛固体光催化剂，将其用于光催化降冰片二烯异构，为降冰片二烯的固体光催化异构路线奠定基础。制备了金属离子(M=Cr、Fe、V、Ce、Cu、Mn)掺杂的三种含Ti催化剂：M．Ti02、M．Ti02／MCM．41、以及M．Ti．MCM．41催化剂。利用XRD、BET、TEM、SEM．EDS、XPS、UV-vis、FT-IR等技术对催化剂进

2、行了表征，在光反应器中进行降冰片二烯异构反应评价，研究了制备方法对催化剂的结构和性能的影响规律。采用水解法制备了金属离子掺杂的M．Ti02。结果表明：掺杂催化剂的吸收边均出现红移，金属掺杂使Ti02发生晶格畸变，催化剂粒径减小，比表面积和表面羟基含量改变。掺杂Fe、V、Mn使Ti02的催化活性明显提高，其中V-TiO．2活性最高：Cr掺杂对活性影响不大；Cu及Ce掺杂使活性降低。将M．Ti02负载分散在MCM．41上制备了M．Ti02／MCM．41催化剂。所有催化剂均出现了可见光吸收，扩宽了Ti02的光吸收范围。M．Ti02分散在MCM-41的孔道及表面上，在一定程度上破坏了MCM

3、．41的孔道结构，导致分子筛表面积和孔容减小、孔径变大。Fe、V、Mn掺杂提高了Ti02的光催化活性，V掺杂活性最高；Cr、Ce、Cu掺杂降低了Ti02的活性。对于不同V掺杂量的催化剂，当TiⅣ=20时活性最高。采用水热合成法制备了M．Ti．MCM．41催化剂。钛和金属离子都进入了MCM．41骨架，随着金属掺杂量的增加，分子筛结构受到破坏，比表面积减小、孔容及孔径增大。M．Ti．MCM．41催化剂活性均高于Ti．MCM．41。对于Cr、Fe、V掺杂的催化剂，最佳金属掺杂量为：Si／Cr=75，Fe为Si／Fe=100，V为Si／V=150，其中掺杂V的催化剂活性最高。研究结果表明：

4、含钛催化剂用于降冰片二烯异构化的活性较高，掺杂和分散能够提高催化剂活性，甚至产生了可见光活性。关键词：降冰片二烯，光异构化，四环烷，Ti02，金属掺杂，MCM．41负载ABSTRACTThephtocatalyticisomerizationofnorbomadienetoquadricyclaneisanimportantroutetosynthesizehighenergyfuel．Thisreactionisalsomeaningfulinharvestingsolarenergy．Inthisthesis，seriousTi—containingphotocatalysts

5、werestudiedandusedfortheisomeirzaitonofnorbornadiene．Aseriesoftitaniumcatalystsdopedwithmetalions(M=Cr,Fe，VCe，Cu，Mn)werepreparedandcharacterizedbyXRD，BET，TEM，SEM-EDS，XPS，UV-VisandFT-IR．Theirphtocatalyticperformancewereevaluatedbythephotoisomerizationreactionofnorbornadiene．M-Ti02catalystswerep

6、reparedbysol—gelmethod．Theresultsshowthatthemetalionsincorporationcanextendtheabsorptionedgeintoinfraredspectra，causethedistortionofTi02lattice，reducetheparticlesize，andincreasethespecificsurfaceareaandhydroxylcontentofthecatalysts．TheactivitiesofFe，VMn-Ti02arehigherthanpureTi02．Cr-dopingshows

7、noeffectontheactivityofTi02，whereasCeandCu-dopingisdetrimental．TheabovepreparedM·-Ti02catalystswerefurtherdispersedonMCM--41bysol-gelmethod．Allcatalystsexhibitredshiftinabsorptionedge．TheM-Ti02particlesaredistributedontheinnerandoutersu