金屬氧化物-石墨烯復(fù)合材料的制備及其催化氧化的應(yīng)用研究.pdf

1、石墨烯作為單原子層厚度的二維碳材料，從發(fā)現(xiàn)至今，一直是電子、能源、光學(xué)、催化等各個(gè)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，其理論比表面積非常大，是理想的催化劑載體。目前已有無(wú)機(jī)納米顆粒、有機(jī)晶體、聚合物、生物材料等石墨烯基復(fù)合材料的廣泛報(bào)道。其中，金屬氧化物/石墨烯復(fù)合材料已應(yīng)用于鋰電池、傳感器、超級(jí)電容器、光催化等領(lǐng)域，但將其用于催化反應(yīng)的報(bào)道仍然比較少。因此，拓展金屬氧化物/石墨烯復(fù)合材料在催化化學(xué)反應(yīng)領(lǐng)域的應(yīng)用，對(duì)于基礎(chǔ)研究和工業(yè)化生產(chǎn)都有重要意義。

2、r>　　本文采用改良的Hummers法制得氧化石墨烯，以氧化石墨烯為前驅(qū)體，分別制備出具有催化氧化能力的SnO2/RGO和Cs-WO3/RGO兩種金屬氧化物/石墨烯納米復(fù)合材料。
　　首先，通過(guò)原位水熱法制備得SnO2/RGO催化劑。采用XRD、FTIR、XPS、TEM、TG等表征確定催化劑的組成和結(jié)構(gòu)。選擇環(huán)己烯的環(huán)氧化作為探針?lè)磻?yīng)，通過(guò)單因素平行實(shí)驗(yàn)研究各因素對(duì)SnO2/RGO催化氧化效果的影響，并確定最佳的反應(yīng)條件，轉(zhuǎn)化率與

3、選擇性分別高達(dá)92.5％和98.2％。選擇11種不同類型的烯烴作為反應(yīng)底物，并探討了SnO2/RGO催化烯烴環(huán)氧化的四步反應(yīng)機(jī)理，發(fā)現(xiàn)底物分子中雙鍵連接供電子基團(tuán)有利于環(huán)氧化反應(yīng)的進(jìn)行。此外，實(shí)驗(yàn)中還將SnO2/RGO與一系列不同納米金屬氧化物和其他載體催化劑對(duì)比，發(fā)現(xiàn)SnO2催化性能優(yōu)于其他納米金屬氧化物且固載到石墨烯上后催化性能明顯提高。最后，對(duì)環(huán)己烯的環(huán)氧化反應(yīng)進(jìn)行催化劑的循環(huán)實(shí)驗(yàn)，催化劑循環(huán)利用十次后，其轉(zhuǎn)化率和選擇性依舊保持在

4、90％以上，SnO2活性組分依舊高含量地以納米級(jí)密布在石墨烯表面。因此，SnO2/RGO具有優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性，工業(yè)化應(yīng)用前景良好。
　　此外，實(shí)驗(yàn)還創(chuàng)新性地制備了金屬銫摻雜的Cs-WO3/RGO納米復(fù)合材料，并通過(guò)XRD、FTIR、TEM、TG等表征手段進(jìn)行分析，成功將Cs-WO3制備為長(zhǎng)10nm，寬6-8nm的納米方形結(jié)構(gòu)均勻分布在石墨烯表面。這是首次將銫摻雜的WO3通過(guò)一步水熱法負(fù)載到石墨烯上，相比于未負(fù)載的Cs-WO3和未摻