论文总字数：16838字

摘 要

沸石咪唑酯骨架材料（ZIFs）是一类具有沸石拓扑结构的新型金属有机骨架材料（MOFs）。ZIFs材料结合了沸石及MOFs这两种材料的优点，既具有高的化学及热稳定性，又具有较大的比表面积和均一可调的孔道。这些特点都表明ZIFs在作为催化剂载体上面具有巨大的应用潜能。

本课题采用生长吸附法将Pd纳米颗粒均匀的负载在ZIF-8晶体中，制得负载型催化剂Pd@ZIF-8，采用XRD、SEM、TEM、N₂-吸附脱附、ICP等表征方法对催化剂进行表征。以对硝基苯酚加氢制对氨基苯酚为反应模型考察催化剂的活性。结果表明，所制Pd@ZIF-8催化剂保持了ZIF-8晶体的大比表面积、较好的晶型结构等特点，且Pd纳米颗粒已被完全均匀的包裹在ZIF-8晶体中。在对硝基苯酚加氢制对氨基苯酚反应中，催化剂表现出了良好的催化活性。

关键词：Pd纳米颗粒 ZIF-8 对硝基苯酚 催化加氢

Synthesis and Characterization of Pd@ZIF-8 Catalyst

Abstract

Zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs) are a new subclass of porous metal-organic frameworks (MOFs), which frequently possess expanded zeolite topologies. Because of these combined and desirable features, ZIFs possess tunable structure and functional properties of classical MOFs; at the same time, they exhibit the high chemical and thermal stability of conventional zeolites. These indicate that ZIFs have great potential applications in the catalysis field.

In our work, a novel palladium heterogeneous catalyst, Pd@ZIF-8, was prepared by a controlled encapsulation strategy that relies on the successive adsorption of palladium nanoparticles onto the continuously forming surfaces of the growing ZIF-8 crystals. The microstructure and features of the catalyst were characterized by XRD, SEM, TEM, N₂-adsorption and ICP respectively. The catalytic performance was investigated by the conversion of 4-nitrophenol to 4-aminophenol. The results show that the Pd@ZIF-8 catalyst maintains the large specific surface area, the intact crystal structure and other characteristics of the ZIF-8 crystal, and the Pd nanoparticles are encapsulated in the ZIF-8 crystal completely. Also, the catalyst showes good catalytic activity in the hydrogenation of 4-nitrophenol to 4-aminophenol.

Key Words: Pd Nanopaiticle; ZIF-8; 4-Nitrophenol; Catalytic hydrogenatio

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 ZIFs材料简介 1

1.2 ZIFs材料的合成 2

1.3 ZIFs材料的应用 3

1.4 金属纳米颗粒/MOF催化剂 4

1.5 本文的研究目的与内容 5

第二章 实验部分 7

2.1 实验原料 7

2.2 实验设备 7

2.3 Pd@ZIF-8催化剂的制备 7

2.4 Pd@ZIF-8催化剂的表征 8

2.4.1 X-射线衍射（XRD） 8

2.4.2电镜分析（FESEM和HRTEM） 8

2.4.3 N₂吸附-脱附 9

2.4.4元素分析（ICP） 9

2.5 Pd@ZIF-8催化剂的催化性能测试 9

第三章 实验结果与讨论 11

3.1 Pd@ZIF-8催化剂表征 11

3.1.1 XRD表征 11

3.1.2 FESEM表征 11

3.1.3 TEM表征 13

3.1.4 N₂吸附-脱附表征 14

3.1.5 ICP表征 14

3.2 不同Pd空间分布Pd@ZIF-8催化剂的催化性能 15

第四章 结论与展望 16

4.1 结论 16

4.2 展望 16

参考文献 17

致 谢 20

第一章 文献综述

1.1 ZIFs材料简介

金属有机骨架结构材料（metal-organic frameworks，简称MOFs）是由无机金属离子和有机配体，通过共价键或离子-共价键自组装络合形成的具有周期性网络结构的晶体材料。MOFs具有复杂而规整的孔道结构，极大的比表面积，可以吸附大量的气体，将这种材料的配体修饰或改性，可大大提高其吸附功能和选择性，这可以有效地解决温室效应等环境问题^[1-5]。但是由于MOFs其较高的配位价态及较差的稳定性限制了其在催化剂及气体吸收方面的应用。

随着相关研究的不断深入，具有高稳定性、超大比表面积的沸石咪唑骨架结构材料（ZIFs）应运而生。2002年以来，游效曾，陈小明和Yaghi^[6]课题组在《德国应用化学》，《美国科学院院报》和《科学》等杂志上发表系列研究，系统合成了一类具有沸石拓扑结构的新型金属有机骨架材料——沸石咪唑酯骨架结构材料(zeoliticimidazolate frameworks, ZIFs)，并发现该材料能够选择性地高效捕获和存储二氧化碳。已研究结果表明，ZIFs结合了MOFs材料和无机沸石的优点：在具有结构和功能的可调性的同时具有优良的稳定性。因此，ZIFs的设计合成及性能应用研究迅速发展成为无机沸石和MOFs这两个领域的研究热点之一，并将在更广泛的领域中发挥重要的作用。

ZIFs在结构模式上不同于传统的多孔材料（如沸石分子筛，传统意义上的沸石分子筛是指以硅氧四面体SiO₄和铝氧四面体AlO₄为基本结构单元，通过桥氧连接，在平面上显示为多种封闭环状结构，有四元环、五元环、六元环、八元环、十二环等，在三维空间上形成多种形状的规则多面体，构成沸石笼）。ZIFs材料就是把传统的沸石分子筛中的硅元素和铝元素用锌离子和钴离子等过渡金属离子取代，而桥氧用咪唑酯取代，通过咪唑环上的N原子相连接而形成^[7]。如果用M表示四面体中的金属离子，Im表示咪唑配体，这类化合物可以用M(Im)₂表示。ZIFs材料中M-Im-M单元的键长比传统沸石分子筛中的Si-O-Si或Si-O-Al单元的键长要长，其骨架结构中的孔笼一般比传统沸石的要大，这样，ZIFs就类似于MOFs，具有大的比表面积和孔容积等特点。而且将咪唑配体进行修饰或改性，可以进一步调控孔径和功能。

请支付后下载全文，论文总字数：16838字