催化材料导论 教学课件 作者 韩巧凤 卑凤利 编著第九章.pptx

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1、第九章纳米催化与光催化催化剂材料基础光催化9.2纳米催化9.1第九章纳米催化与光催化第一节纳米催化12概论纳米催化剂的制备34纳米催化剂的应用目前纳米技术在实际应用中面临的问题一．概论催化作为关键的核心技术，长期以来在国民经济的诸多方面，如石油炼制、合成化肥、合成纤维和汽车尾气处理等方面发挥了巨大的作用。自上世纪中以来，与能源、环境、农业和人类健康密切相关的化学工业正在经历着一场重大的革新和变革，作为主导和关键技术的催化科学，也面临着一场重大的科学和技术的变革。二．纳米催化剂的制备1.溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶胶-凝胶化和

2、热处理形成氧化物或其它固体化合物的方法。二．纳米催化剂的制备2.沉淀法沉淀法是在液相中将化学成分不同的物质混合，再加入沉淀剂使溶液中的金属离子生成沉淀，对沉淀物进行过滤、洗涤、干燥或煅烧制得所需产品二．纳米催化剂的制备3.浸渍法将载体置于含活性组分的溶液中浸泡，达到平衡后将剩余液体除去，再经干燥,煅烧,活化等步骤得到所需产品。二．纳米催化剂的制备4.微乳液法微乳液通常是有表面活性剂、助表面活性剂(通常为醇类)、油类(通常为碳氢化合物)组成的透明的、各向同性的热力学稳定体系。二．纳米催化剂的制备图9-1三种微乳液体系的示意图(a)油包水型(b)水包油型

3、（c）双连续结构二．纳米催化剂的制备5.离子交换法对沸石、SiO2等载体表面进行处理，使H+、Na+等活性较强的阳离子附着在载体表面上，然后将此载体放入含Pt(NH3)5Cl2+等贵金属阳离子基团的溶液中，通过置换反应使贵金属离子占据活性阳离子原来的位置，在载体表面形成贵金属纳米微粒。二．纳米催化剂的制备6.水解法在高温下将金属盐溶液水解，生成水合氧化物或氢氧化物沉淀，再将沉淀产物加热分解得到纳米颗粒。二．纳米催化剂的制备7.等离子体法应用等离子体活化手段不仅可以活化化学性质不活泼的分子，还可以解决热力学上受限反应的问题。利用冷等离子体特有的热力学非

4、平衡特性，可使催化剂制备和活化过程低温化、高效化。二．纳米催化剂的制备8.惰性气体蒸发法惰性气体蒸发法是在低压的惰性气体中，加热金属使其蒸发后形成纳米微粒。纳米微粒的粒径分布受真空室内惰性气体的种类、气体分压及蒸发速度等的影响，通过改变这些因素，可以控制微粒的粒径大小及其分布。二．纳米催化剂的制备9.水（溶剂）热法水热法是在高温、高压下，在水(水溶液)或蒸汽等流体中进行有关化学反应的总称。由于水热法直接生成所需要的产物，如氧化物、硫化物等，避免了沉淀法需要煅烧转化成氧化物这一可能形成硬团聚的步骤。二．纳米催化剂的制备10.液-液界面合成法将两种互不相

5、溶的液体混合后会发生分层现象，在层间会形成界面，界面厚度通常只有几个纳米，为纳米材料的合成和组装提供了理想的场所。三.纳米催化剂的应用1.在加氢还原反应中的应用2.在氧化反应中的应用3.纳米催化剂在化学电源中的应用4.纳米材料在环境保护方面的应用5.在火炸药领域的应用三.纳米催化剂的应用图9-2不同纳米复合氧化物催化AP热分解的DTA曲线三.纳米催化剂的应用表9-1不同纳米复合氧化物催化AP的热分解数据Samples∆tl(℃)∆th(℃)∆H(J·g-1)APAP+CuFe2O4AP+CuLa2O4AP+LaCoO3－-17.2-18.4-31.7

6、－-80.7-103.6-108.4590125012501390四．目前纳米技术在实际应用中面临的问题1.如何提高反应速率和催化效率，优化反应途径等方面的研究，是未来催化科学的研究重点。2.纳米粒子催化剂的稳定性问题，特别是在工业生产上要求催化剂能重复使用，因此催化剂的稳定性尤为重要。3.由于纳米粒子粒径小，还存在催化剂的装填、回收困难、通气阻力大等问题。第二节光催化12概述TiO2光催化剂的改性及其在废水降解中的应用3光催化水分解制氢一．概述1972年,Fujishima和Honda报道了二氧化钛电极光催化分解水的研究[21]。他们设计了一个太阳

7、光伏电池，在水中插入一个N型半导体二氧化钛电极和一个铂(铂黑)电极，当用波长低于415nm的光照射氧化钛电极时，发现在二氧化钛电极上有氧气释放，在铂极上有氢气释放。一．概述二．TiO2光催化剂的改性及其在废水降解中的应用1．离子掺杂(1)金属离子掺杂(2)非金属离子掺杂(3)共掺杂2.贵金属沉积3.与半导体复合4.表面增敏二．TiO2光催化剂的改性及其在废水降解中的应用图9-3p-n结在光照下的电子、空穴变化过程二．TiO2光催化剂的改性及其在废水降解中的应用图9-4复合半导体的能带图三．光催化水分解制氢环境和能源问题是人类21世纪面临的最大挑战。这

8、个问题迟早将迫使人类开发清洁和可持续、可再生的能源。氢在很多应用中被广泛认为是未来的清洁能源载体,如环保车辆