CN114870861B - 氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备 - Google Patents

氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备 Download PDF

Info

Publication number
CN114870861B
CN114870861B CN202210481946.9A CN202210481946A CN114870861B CN 114870861 B CN114870861 B CN 114870861B CN 202210481946 A CN202210481946 A CN 202210481946A CN 114870861 B CN114870861 B CN 114870861B
Authority
CN
China
Prior art keywords
conc
zif
nitrophenol
ammonia borane
catalyst
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202210481946.9A
Other languages
English (en)
Other versions
CN114870861A (zh
Inventor
蒋和雁
李悦
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Chongqing Technology and Business University
Original Assignee
Chongqing Technology and Business University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Chongqing Technology and Business University filed Critical Chongqing Technology and Business University
Priority to CN202210481946.9A priority Critical patent/CN114870861B/zh
Publication of CN114870861A publication Critical patent/CN114870861A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN114870861B publication Critical patent/CN114870861B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/02—Impregnation, coating or precipitation
    • B01J37/0201—Impregnation
    • B01J37/0203—Impregnation the impregnation liquid containing organic compounds
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J23/00—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00
    • B01J23/70—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper
    • B01J23/89—Catalysts comprising metals or metal oxides or hydroxides, not provided for in group B01J21/00 of the iron group metals or copper combined with noble metals
    • B01J23/8913—Cobalt and noble metals
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/08—Heat treatment
    • B01J37/082—Decomposition and pyrolysis
    • B01J37/084—Decomposition of carbon-containing compounds into carbon
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J37/00—Processes, in general, for preparing catalysts; Processes, in general, for activation of catalysts
    • B01J37/16—Reducing
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/065—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents from a hydride
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C07—ORGANIC CHEMISTRY
    • C07C—ACYCLIC OR CARBOCYCLIC COMPOUNDS
    • C07C213/00—Preparation of compounds containing amino and hydroxy, amino and etherified hydroxy or amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton
    • C07C213/02—Preparation of compounds containing amino and hydroxy, amino and etherified hydroxy or amino and esterified hydroxy groups bound to the same carbon skeleton by reactions involving the formation of amino groups from compounds containing hydroxy groups or etherified or esterified hydroxy groups
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B2203/00—Integrated processes for the production of hydrogen or synthesis gas
    • C01B2203/10—Catalysts for performing the hydrogen forming reactions
    • C01B2203/1041—Composition of the catalyst
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Catalysts (AREA)

Abstract

本发明公开了一种通过水氢键诱导的配位结构工程制备的十二面体、带腔的凹立方体和叶状ZIF‑67，通过简单的氮气热解和磷酸蚀刻策略构建了具有基本保持ZIF‑67形貌、可调节介孔结构和原位N掺杂的MOF衍生C材料的方法。Ru负载于ZIF‑67模板辅助介孔碳材料上用于氨硼烷水解和对硝基苯酚还原。在负载Ru的十二面体ZIF‑67模板辅助介孔碳催化剂上，氨硼烷水解的TOF高达1031 min‑1，对硝基苯酚的还原效率高达1.602 min‑1。上述优异的催化性能归因于基于保留部分配位结构工程的催化活性中心优化、磷酸蚀刻辅助的亲水性介孔结构构建及传质的促进，Ru‑Co协同结构诱导的电荷转移改善。本发明路线简单,合成方法新颖,工艺简便,不影响环境,适于工业化生产。

Description

氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备
技术领域
本发明涉及氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备。
背景技术
在过去的几年里，MOFs已经被用作一种新的自固化模板，用于制备纳米结构材料，如多孔碳和金属氧化物。这种策略相当有吸引力，因为具有广泛多孔结构的碳或金属氧化物可以直接从MOFs中制备，而不需要额外的模板。MOF衍生碳材料具有MOFs前体的诸多优点，如极大的表面积、高孔隙率、可调节的孔径和特定的形态，这些特性将直接影响合成碳材料的稳定性、传质和催化性能。此外，与传统的碳材料相比，ZIF系列MOFs衍生的碳材料一般都是原位N掺杂的，这就提高了催化材料在水反应介质中的亲水性。
随着传统化石燃料的日益枯竭，可持续能源的开发和环境保护受到越来越多的关注。在目前普遍研究的储氢材料中，氨硼烷被认为是一种很有前途的化学储氢材料。在环境保护方面，对硝基苯酚由于其在工业和农业中的大规模应用，已成为一种普遍存在的水污染。在常温下的氨硼烷水解与对硝基苯酚还原过程中，Ru基催化剂因其优越的催化性能而受到广泛关注。此外，Ru-Co和Ru-Ni双金属协同催化是研究最多的氨硼烷水解的双金属催化体系。
发明内容
本发明通过溶剂调节法合成了三种不同形貌的ZIF-67，通过高温碳化与磷酸蚀刻过程合成CoNC-M多孔碳材料,最后通过原位负载Ru纳米粒子合成Ru@CoNC-M,将合成的Ru@CoNC-M用于氨硼烷产氢与对硝基苯酚还原中并取得了优异的催化性能，其中Ru@CoNC-M的配位结构工程、多孔结构与基于Ru-Co协同效应的电子转移和电荷再分配效应对催化性能有着促进作用。
本发明提供了氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备方法。本发明提供的制备方法简易、经济，可应用于能源与环境方面。该方法利用上述制备出来的Ru@CoNC-M材料在常温常压下对氨硼烷水解和对硝基苯酚还原不仅反应条件温和，而且催化效率高。
所采用以下技术方案：通过调节混合溶剂比例合成了三种不同形貌的ZIF-67前体，然后在管式炉中通过高温碳化形成碳材料，然后通过磷酸蚀刻造孔合成CoNC-M多孔碳材料,最后通过原位负载Ru纳米粒子合成Ru@CoNC-M,将合成的Ru@CoNC-M用于氨硼烷产氢与对硝基苯酚还原中并取得了优异的催化性能，材料的特征在于：Ru@CoNC-M中保留的部分配位结构工程、多孔结构与基于Ru-Co协同效应的电子转移和电荷再分配效应对催化性能有着促进作用。
上述氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备，其特征在于：采用溶剂调节法制备了三种不同形貌的ZIF-67前体，为了优化其孔结构与电子转移能力，通过高温碳化与磷酸蚀刻方法合成多孔碳材料，负载Ru后催化性能优异。
上述氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备，其特征在于：没有对ZIF-67进行改性负载Ru后性能较差，对ZIF-67进行高温碳化与磷酸处理负载Ru后催化性能大幅提高。
上述氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备，其特征在于：在无Ru负载的CoNC-M不具备催化活性，在CoNC-M上负载Ru后下催化活性大幅提高。
上述氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备，其特征在于：磷酸蚀刻辅助构建的介孔结构与亲水性促进反应过程中的传质。
上述氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备，其特征在于：相比催化性能较差的商业Ru/C， Ru@CoNC-M中基于Ru-Co的电子转移和电荷再分配协同效应增强了催化活性。
上述氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备，其特征在于：催化剂的循环使用性能较好，经过5次循环使用Ru@CoNC-M纳米复合材料仍维持了很高的催化活性。
为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
催化剂制备方法包括以下步骤：ZIF-67是将六水合硝酸钴和2-甲基咪唑分别分散在甲醇和水混合物(VMeOH：VH2O=1：0、1：4或0：1)中。将以上两种溶液混合静置保存。CoNC是将上述制备的ZIF-67前体在600°C氩气气氛下碳化15min合成的。CoNC-M是将CoNC在含磷酸的DMF中浸泡搅拌。4、Ru@CoNC-M是将CoNC-M加入含有5mL水的圆底烧瓶中，超声然后加入RuCl3溶液搅拌后加入硼氢化钠溶液，搅拌至无气泡为止。用去离子水和乙醇洗涤，60°C真空干燥。
催化氨硼烷产氢与对硝基苯酚还原方法，大体包括如下步骤：将催化剂加入到一个含有水的双颈圆底烧瓶中超声10分钟，使其均匀分散催化剂。为了触发产氢反应，将氨硼烷水溶液在搅拌下快速注入混合物中。通过记录排放的水来测量制氢量；在室温下，4-NP还原均采用紫外-可见吸收光谱测定。将硼氢化钠溶液加入到4-NP水溶液中，形成黄色溶液。随后，快速加入催化剂的水悬液。在反应结束时，溶液的颜色消失了。还原速率为1.602min-1。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、本发明通过简单的热解和磷酸蚀刻策略，构建了MOF衍生的C材料，且达到了基于催化活性中心的保留部分配位结构工程优化，磷酸蚀刻辅助介孔结构与亲水性构建及传质的促进，以及Ru-Co协同结构诱导电荷转移改进。
2、本发明制备的催化剂Ru@CoNC-1-M进行氨硼烷水解TOF高达1031min-1，对硝基苯酚的还原速率高达1.602min-1。
说明书附图
图1是实施案例1制备的ZIF-67-1、ZIF-67-2、ZIF-67-3、CoNC-1、CoNC-1-M、Ru@CoNC-1-M的XRD图。
图2是实施案例1制备的ZIF-67-1 (图2(a))、ZIF-67-2 (图2(b))、ZIF-67-3 (图2(c))、Ru@CoNC-1-M (图2(d))、Ru@CoNC-2-M (图2(e))、Ru@CoNC-3-M的SEM(图2(f))与TEM图 (图2(g,h,i))。
图3是实施案例1制备的CoNC-1-M、Ru@CoNC-1-M的XPS图。
图4是实施案例1制备的ZIF-67-1 (图4(a,b))、CoNC-1-M (图4(c,d))、Ru@CoNC-1-M (图4(e,f))的BET与孔径分布图。
具体实施方式
下面结合具体实施案例对本发明进行详细说明。
实施案例1：
一种ZIF-67模板辅助合成多孔碳材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：
1)、ZIF-67的制备
合成了三种不同形貌的ZIF-67。具体步骤如下：将291.05 mg (1mmol) 六水合硝酸钴和492.6 mg (6mmol) 2-甲基咪唑分别分散在15ml甲醇和水混合物(VMeOH：VH2O=1：0、1：4或0：1) 中。将以上两种溶液在25℃搅拌30min后混合。混合紫色溶液保存12h，不搅拌。乙醇洗涤3次，在70°C下真空干燥12h。
2)、CoNC的制备
将上述制备的ZIF-67前体在600°C下以5°C/min在管式气氛下热解15 min，自然冷却至室温。
3)、CoNC-M的制备
将CoNC在含40 mM磷酸的DMF (6mL)中浸泡。样品在室温下超声10分钟，然后用70°C搅拌12小时。酸蚀刻完成后，用DMF和EtOH洗涤结晶固体材料3次，真空干燥过夜。
4)、Ru@CoNC-M的制备
将40mg CoNC-M加入含有5mL水的圆底烧瓶中，超声30分钟，均匀分散催化剂，然后加入0.8ml（4.8mM）RuCl3溶液。搅拌12h后，加入0.1mmol硼氢化钠溶液，搅拌至无气泡为止。用去离子水和乙醇洗涤，60°C真空干燥。经ICP-AES检测，Ru@CoNC-M中Ru的负载量为1wt%。
图1（a）（b）是上述步骤1)、2)、3)、4)合成的ZIF-67-1、ZIF-67-2、ZIF-67-3、CoNC-1、CoNC-1-M、Ru@CoNC-1-M的XRD图。如图1所示, ZIF-67-1的特征衍射峰与理论XRD模拟一致。然而，ZIF-67-3的衍射峰与ZIF-67-1几乎完全不同，因为在 ZIF-67-3 制备过程中引入了H2O作为溶剂。当使用甲醇或甲醇/水混合物作为溶剂时，2-甲基咪唑(2-MIM)的N-H优先解离，并且2-MIM可以很容易地与氮原子上的两个Co2+配位。此后，四配位的Co2+相互连接，与脱氢的2-MIM形成3D框架。另一方面，当仅使用水作为溶剂时，2-MIM的N-H 更倾向于与 H+ 形成氢键，因为2-MIM在水中的解离常数低于在甲醇中的解离常数。此外，氢键可以作为N@H~N与另一个 2-MIM 形成氢键的桥梁，因此，方钠石层连接方式形成了2D ZIF-67-3。ZIF-67-2呈现出ZIF-67-1和ZIF-67-3的组合衍射峰，表明在3D-2D形态调整过程中，形成了3D-2D核壳复合材料。在图1b中，所有样品在简单热解后都经历了结构转变为相应的碳材料。25°左右的弱而宽的碳002特征信号代表了ZIF-67-1热处理后碳材料的形成。此外，CoNC-1在约44.3°、51.6°和 75.9°处有一系列衍射峰，这应归因于 Co (111)、Co (200) 和Co (220)。磷酸蚀刻后，25°处的碳002峰逐渐变得明显（图1(b)）。这是由于碳化过程中产生的残留物被去除，导致更多的石墨碳暴露。此外，Co衍射峰减弱应该是由于磷酸处理去除了介孔碳纳米复合材料表面的一些氧化钴颗粒。Ru负载后，Ru@CoNC-1-M的XRD图谱仍然与CoNC-1-M相似，没有任何与Ru相关的物质衍射峰，这应该与Ru NPs的含量低且分散性好有关。
图2是ZIF-67-1、ZIF-67-2、ZIF-67-3、Ru@CoNC-1-M、Ru@CoNC-2-M、Ru@CoNC-3-M的SEM与TEM图。随着H2O比例的增加，观察到3D到2D 的形貌转变过程，即使在高温碳化、磷酸蚀刻以及负载Ru后，多孔碳也大体继承了ZIFs形貌。在图2(a)中，在纯甲醇中合成的ZIF-67-1具有规则的十二面体结构，表面光滑。同时，在水中形成了具有清晰二维叶状结构的ZIF-67-3（图2(c)）。此外，当使用甲醇和水的混合物作为溶剂时，在 ZIF-67-1的表面上形成了具有 ZIF-67-3特征的每个平面上都有空腔的凹立方体 ZIF-67-2（图 2(b)）。由于3D ZIF-67-1的高热稳定性，Ru@CoNC-1-M 尺寸和多面体结构接近ZIF-67-1前体。然而，Ru@CoNC-1-M 表面变得粗糙和凹陷（图 2(d)），这应该是由于在孔形成过程中有机配体的部分损失。图2(f)中的Ru@CoNC-3-M的SEM图像显示，二维叶状结构在碳化过程后堆积成较厚的薄片，这表明氢键诱导的ZIF-67-3的热稳定性较差。同样，Ru@CoNC-2-M在热解、磷酸蚀刻和Ru负载后也遭受了明显的形态损伤（图2(e)），ZIF-67-2表面的二维叶状结构因为氢键配位结构受到严重破坏。正如 Ru@CoNC-1-M 的透射电子显微镜 (TEM) 图像所示（图 2(g)），还可以看出 Ru@CoNC-1-M 继承了原始的十二面体形态。高分辨率 TEM（HRTEM）图像显示 C（002）晶格条纹（0.334nm）和 Co（200）晶格条纹（0.177nm）（图 2(h)）。没有明显的Ru NPs晶格条纹表明Ru NPs高度分散在CoNC-1-M上，这与图1(b)中的XRD结果相呼应。我们利用TEM映射分析(图2(i))观察了C、N、Co和Ru元素的分布情况，证实了极小的RuNPs在Ru@CoNC-1-M中的均匀分散。Ru和Co的相邻位置将有利于协同结构诱导的电荷转移的改善。此外，Ru和Co的粒径均为纳米级，且Ru NPs的尺寸明显小于Co NPs。总之，ZIFs前驱体中的配位结构工程对稳定多孔碳材料的形成具有显著影响。
图3是上述所制备的Ru@CoNC-1-M和CoNC-1-M的XPS图。如图3(a)所示X射线光电子能谱（XPS）证实了CoNC-1-M由C、N、O和Co元素组成。在Ru NPs负载后，在Ru@CoNC-1-M中观察到弱的Ru峰（图3(a)）。在CoNC-1-M中，在284.8、285.7和288.1eV处观察到三个C1峰，这可能对应于C-C/C=C、C-N和C-O（图3(b)）。Ru NPs加载后，Ru@CoNC-1-M显示出与CoNC-1-M相似的C 1s谱。C-N键的存在可归因于ZIF-67-1前驱体中C-N键的部分保留和N元素掺杂。C-O应归因于物理或化学吸附的水。CoNC-1-M中的N元素来自有机配体2-MIM。CoNC-1-M的高分辨率N1s 光谱（图3(c)）可以解析为四个峰，对应于C-N=C（398.1 eV）、C-NH-C（399.8 eV）、N-（C)3（402.1 eV，石墨）和N-O（405.6 eV，氧化）氮物质。Ru NPs负载后，C-N=C和N-O键不受影响，而Ru@CoNC-1-M中的C-NH-C和石墨N移动到更高的结合能。因此，Ru@CoNC-1-M中的N元素将电子转移到Ru NPs，导致Ru NPs电子密度增强。CoNC-1-M中Co2p的XPS（图3(d)），778.2和794.1 eV应归因于Co0，而780.5和796.1 eV处的峰与氧化钴的结合能一致，另外两个峰位于784.5和802.2 eV是卫星峰。然而，在负载Ru NPs后，Ru@CoNC-1-M中的Co0向高结合能移动了0.8 eV，这表明Co0和负载的Ru NPs之间存在电子转移。在图3(e)中，Ru@CoNC-1-M中Ru3p的XPS在462.7和484.1 eV处表现出属于Ru-Ru的峰，而在465.9和487.5eV处的另外两个峰应归因于Ru-O。
图4是ZIF-67-1、CoNC-1-M、Ru@CoNC-1-M的BET与孔径分布图。十二面体ZIF-67-1前体在热处理前表现出典型的I型等温线（图4(a)），表明前体中的微孔结构。ZIF-67-13D多孔骨架结构的BET表面积高达1311.9m2·g-1，孔径分别为1.2nm和1.53nm（图4(b)）。尽管在热处理和磷酸蚀刻后BET表面积显着降低，但所得的CoNC-1-M仍然保留了293.3m2·g-1的高表面积（图4(c)）。孔径分布曲线证实了多孔结构，验证了1.41nm微孔结构和14-30nm介孔结构的共存（图4(d)）。孔结构变化表明ZIF-67-1前驱体中1.2nm的微孔结构相对稳定，而1.53nm的孔结构在热处理和磷酸处理过程中有所扩大。在负载RuNPs后，Ru@CoNC-1-M表现出进一步减小的BET表面积（图4(e)中为219.5m2·g-1）和孔径（图4(f)）。BET表面积和孔隙率降低表明RuNPs很好地分散在多孔碳中。
因此，我们通过高温碳化、磷酸蚀刻和RuNPs负载策略成功构建了ZIF-67模板辅助介孔碳基RuNPs配位结构工程。Ru@CoNC-1-M继承了较高的比表面积和高孔隙率的特点，造孔过程构建了高稳定性和介孔结构，通过RuNPs良好的分散性，促进传质和促进Ru-Co协同。
实施案例2
将10mg CoNC-1-M加入到一个含有2.0mL水的双颈圆底烧瓶中超声10分钟，使催化剂均匀分散。为了触发产氢反应，将氨硼烷水溶液(1.0mL，1.0mmol)在搅拌下快速注入混合物中。通过记录排放的水来测量制氢量。在没有负载Ru的情况下，氨硼烷在水中比较稳定，TOF值为0 min-1。
实施案例3
将10mg Ru@CoNC-1-M加入到一个含有2.0mL水的双颈圆底烧瓶中超声10分钟，使催化剂均匀分散。为了触发产氢反应，将氨硼烷水溶液(1.0mL，1.0mmol)在搅拌下快速注入混合物中。通过记录排放的水来测量制氢量,TOF值为1031min-1。在上一次析氢结束后，向反应中注入1.0 mmol NH3BH3的水溶液（1.0 mL），在循环测试5次后催化氨硼烷析氢活性仍然很高效，TOF值基本保持不变。
实施案例4
将10mg Ru@CoNC-2-M加入到一个含有2.0mL水的双颈圆底烧瓶中超声10分钟，使催化剂均匀分散。为了触发产氢反应，将氨硼烷水溶液(1.0mL，1.0mmol)在搅拌下快速注入混合物中。通过记录排放的水来测量制氢量,TOF值为442min-1。
实施案例5
将10mg Ru@CoNC-3-M加入到一个含有2.0mL水的双颈圆底烧瓶中超声10分钟，使催化剂均匀分散。为了触发产氢反应，将氨硼烷水溶液(1.0mL，1.0mmol)在搅拌下快速注入混合物中。通过记录排放的水来测量制氢量,TOF值为206min-1。
实施案例6
将10mg Ru@CoNC-1加入到一个含有2.0mL水的双颈圆底烧瓶中超声10分钟，使催化剂均匀分散。为了触发产氢反应，将氨硼烷水溶液(1.0mL，1.0mmol)在搅拌下快速注入混合物中。通过记录排放的水来测量制氢量,TOF值为562min-1。
实施案例7
将10mg Ru@CoNC-2加入到一个含有2.0mL水的双颈圆底烧瓶中超声10分钟，使催化剂均匀分散。为了触发产氢反应，将氨硼烷水溶液(1.0mL，1.0mmol)在搅拌下快速注入混合物中。通过记录排放的水来测量制氢量,TOF值为327min-1。
实施案例8
将10mg Ru@CoNC-3加入到一个含有2.0mL水的双颈圆底烧瓶中超声10分钟，使催化剂均匀分散。为了触发产氢反应，将氨硼烷水溶液(1.0mL，1.0mmol)在搅拌下快速注入混合物中。通过记录排放的水来测量制氢量,TOF值为195min-1。
实施案例9
将10mg Ru@ZIF-67-1加入到一个含有2.0mL水的双颈圆底烧瓶中超声10分钟，使催化剂均匀分散。为了触发产氢反应，将氨硼烷水溶液(1.0mL，1.0mmol)在搅拌下快速注入混合物中。通过记录排放的水来测量制氢量,TOF值为175min-1。
实施案例10
将10mg Ru@ZIF-67-2加入到一个含有2.0mL水的双颈圆底烧瓶中超声10分钟，使催化剂均匀分散。为了触发产氢反应，将氨硼烷水溶液(1.0mL，1.0mmol)在搅拌下快速注入混合物中。通过记录排放的水来测量制氢量,TOF值为134min-1。
实施案例11
将10mg Ru@ZIF-67-3加入到一个含有2.0mL水的双颈圆底烧瓶中超声10分钟，使催化剂均匀分散。为了触发产氢反应，将氨硼烷水溶液(1.0mL，1.0mmol)在搅拌下快速注入混合物中。通过记录排放的水来测量制氢量,TOF值为95min-1。
实施案例12
将购买的10mg Ru/C加入到一个含有2.0mL水的双颈圆底烧瓶中超声10分钟，使催化剂均匀分散。为了触发产氢反应，将氨硼烷水溶液(1.0mL，1.0mmol)在搅拌下快速注入混合物中。通过记录排放的水来测量制氢量,TOF值为123min-1。
实施案例13
在室温下，4-硝基苯酚的还原均采用紫外-可见吸收光谱测定。将1.0mL硼氢化钠溶液(0.125M)加入到2.0 mL4-硝基苯酚的水溶液(0.080mM)中，形成黄色溶液。随后，快速加入Ru@CoNC-1-M催化剂的水悬液(105µL，3mg/mL)。在反应结束时，溶液的颜色消失了。还原速率为1.602min-1。
实施案例14
将1.0mL硼氢化钠溶液(0.125M)加入到2.0 mL4-硝基苯酚的水溶液(0.080mM)中，形成黄色溶液。随后，快速加入Ru@CoNC-2-M催化剂的水悬液(105µL，3mg/mL)。在反应结束时，溶液的颜色消失了。还原速率为0.57min-1。
实施案例15
将1.0mL硼氢化钠溶液(0.125M)加入到2.0 mL4-硝基苯酚的水溶液(0.080mM)中，形成黄色溶液。随后，快速加入Ru@CoNC-3-M催化剂的水悬液(105µL，3mg/mL)。在反应结束时，溶液的颜色消失了。还原速率为0.25min-1。
实施案例16
将1.0mL硼氢化钠溶液(0.125M)加入到2.0 mL4-硝基苯酚的水溶液(0.080mM)中，形成黄色溶液。随后，快速加入Ru/C催化剂的水悬液(105µL，3mg/mL)。在反应结束时，溶液的颜色消失了。还原速率为0.096min-1。

Claims (2)

1.一种Ru@CoNC-M催化剂在氨硼烷产氢和对硝基苯酚还原中的应用，其特征在于：用溶剂调节法合成十二面体形貌的ZIF-67-1，通过高温碳化与磷酸蚀刻方法合成得到CoNC-M多孔碳材料,最后通过原位负载Ru纳米粒子合成Ru@CoNC-M催化剂；
ZIF-67-1的制备：将六水合硝酸钴和2-甲基咪唑分别分散在甲醇中，将以上两种溶液搅拌混合后，混合紫色溶液保存，不搅拌，乙醇洗涤3次，真空干燥，纯甲醇中合成的ZIF-67-1具有规则的十二面体形貌。
2.根据权利要求1所述的一种Ru@CoNC-M催化剂在氨硼烷产氢和对硝基苯酚还原中的应用，其特征在于：高温碳化的方法为：将ZIF-67前体在600℃下在管式气氛下热解得到CoNC；
磷酸蚀刻的方法为：将CoNC在含磷酸的DMF中浸泡，样品在室温下超声，然后搅拌，酸蚀刻完成后，用DMF和EtOH洗涤结晶固体材料，真空干燥过夜，得到CoNC-M；
Ru@CoNC-M的制备方法为：将CoNC-M加入含有水的圆底烧瓶中，超声，均匀分散催化剂，然后加入RuCl3溶液，搅拌后加入硼氢化钠溶液，搅拌至无气泡为止，用去离子水和乙醇洗涤，60℃真空干燥，经ICP-AES检测，Ru@CoNC-M中Ru的负载量为1wt％，Ru@CoNC-1-M继承了ZIF-67-1的十二面体形貌。
CN202210481946.9A 2022-05-05 2022-05-05 氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备 Active CN114870861B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210481946.9A CN114870861B (zh) 2022-05-05 2022-05-05 氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210481946.9A CN114870861B (zh) 2022-05-05 2022-05-05 氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN114870861A CN114870861A (zh) 2022-08-09
CN114870861B true CN114870861B (zh) 2023-07-25

Family

ID=82674393

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210481946.9A Active CN114870861B (zh) 2022-05-05 2022-05-05 氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN114870861B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116764647B (zh) * 2023-04-28 2024-05-14 重庆工商大学 一种用于高效产氢和污染物降解的立方体CoCu尖晶石/碳催化剂
CN116809106B (zh) * 2023-06-25 2024-05-28 重庆工商大学 一种用于高效降解有机污染物的微波辅助的富氧空位Co@NCXA气凝胶催化剂

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017210874A1 (en) * 2016-06-08 2017-12-14 Xia, Ling Imperfect mofs (imofs) material, preparation and use in catalysis, sorption and separation
CN113083297A (zh) * 2021-04-08 2021-07-09 中国矿业大学 一种高活性极低负载量钌催化剂Ru@ZIF-8的制备及其在催化加氢方面的应用

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8835343B2 (en) * 2010-09-27 2014-09-16 Uchicago Argonne, Llc Non-platinum group metal electrocatalysts using metal organic framework materials and method of preparation
WO2017025593A1 (de) * 2015-08-12 2017-02-16 Basf Se Katalysator mit einer phosphidhaltigen aktivkomponente und verfahren zur insertion von kohlenmonoxid in eduktkomponenten
WO2018111433A1 (en) * 2016-11-04 2018-06-21 Massachusetts Institute Of Technology Formation of pores in atomically thin layers
US10889598B2 (en) * 2017-11-21 2021-01-12 Wisconsin Alumni Research Foundation Method to make scalable ultrathin hexagonally faceted metal-organic framework (MOF) and method of using same for detecting explosives and other nitro-aromatic compounds
CN110523424B (zh) * 2019-08-15 2021-09-07 广西师范大学 一种基于Ru/NPC-CoxO制氢催化剂及制备方法
CN111298711B (zh) * 2020-03-11 2021-09-24 湘潭大学 一种具有pH响应性的介孔Janus纳米片乳化剂及其制备方法和用途
CN111701592B (zh) * 2020-07-03 2022-10-21 重庆工商大学 Co/MIIFe层状双金属氢氧化物制备及氨硼烷产氢
CN112635780A (zh) * 2020-12-15 2021-04-09 桐乡市启诚科技合伙企业(有限合伙) 一种微孔聚合物基氮磷掺杂多孔空心碳球的制备方法及应用
CN112892610B (zh) * 2021-01-21 2022-03-22 四川大学 非贵金属掺杂ZIF-67@Co催化氨硼烷水解材料及其制备和应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2017210874A1 (en) * 2016-06-08 2017-12-14 Xia, Ling Imperfect mofs (imofs) material, preparation and use in catalysis, sorption and separation
CN113083297A (zh) * 2021-04-08 2021-07-09 中国矿业大学 一种高活性极低负载量钌催化剂Ru@ZIF-8的制备及其在催化加氢方面的应用

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Highly efficient one-pot multi-directional selective hydrogenation and Nalkylation catalyzed by Ru/LDH under mild conditions;Sishi Zhang et al.,;《Applied Catalysis A, General》;第596卷;117536（1-10） *
ZIF-67衍生纳米磷化钴催化硼氢化钠水解制氢;杨玉美;石倩玉;于雅娜;王小萌;赵蔚然;魏磊;;中国有色金属学报(08);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN114870861A (zh) 2022-08-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110336032B (zh) 一种纳米钴负载的氮掺杂三维多孔碳的制备方法及其在锂硫电池中的应用
CN114870861B (zh) 氨硼烷高效产氢与对硝基苯酚还原的多孔碳催化剂的制备
Guo et al. Plasma modification of a Ni based metal–organic framework for efficient hydrogen evolution
CN112886030B (zh) 一种多孔凹形立方体CoNP@CoSA-N-C催化剂及其制备方法和应用
Sun et al. Manganese-based oxygen evolution catalysts boosting stable solar-driven water splitting: MnSe as an intermetallic phase
Kong et al. Atomically dispersed Mn–N 4 electrocatalyst with high oxygen reduction reaction catalytic activity from metal–organic framework ZIF-8 by minimal-water-assisted mechanochemical synthesis
Kong et al. Metal organic framework derived CoFe@ N-doped carbon/reduced graphene sheets for enhanced oxygen evolution reaction
CN110526304B (zh) 四硫钴酸镍/氢氧化钴纳米片阵列结构复合材料及其制备与应用
Xiao et al. Immobilization of Fe-doped Ni2P particles within biomass agarose-derived porous N, P-carbon nanosheets for efficient bifunctional oxygen electrocatalysis
Zhang et al. A novel SnS2 nanomaterial based on nitrogen-doped cubic-like carbon skeleton with excellent lithium storage
Zhang et al. Ultrafine Co nanoislands grafted on tailored interpenetrating N-doped carbon nanoleaves: An efficient bifunctional electrocatalyst for rechargeable Zn-air batteries
Mahsud et al. Self-templated formation of cobalt-embedded hollow N-doped carbon spheres for efficient oxygen reduction
CN116137331A (zh) 一种三维有序多孔氧还原催化剂及其制备方法、应用
Liu et al. Self-templated formation of (NiCo) 9 S 8 yolk–shelled spheres for high-performance hybrid supercapacitors
CN113258083A (zh) 一种CoXP纳米颗粒嵌入氮和磷掺杂碳的双功能催化剂及其制备方法和应用
CN114203989B (zh) FeP/Fe2P/NC复合材料及其制备方法
Wang et al. A MOF derived bifunctional electrocatalyst Ni 3 ZnC 0.7-Mo 2 C with enhanced performance for overall water splitting
Yang et al. Preparation of super thin and defect rich graphene shell and its application for high performance supercapacitor electrode and novel ORR catalyst support
CN113851664A (zh) 一种制备含sp-氮掺杂石墨炔空心球电催化剂的方法及制得的材料和应用
CN114074936A (zh) 一种氮掺杂碳纳米球及制备方法和应用
Patrinoiu et al. Versatile by design: Hollow Co3O4 architectures for superior lithium storage prepared by alternative green Pechini method
Dang et al. Hollow metal composite phosphides derived from MOFs as highly efficient and durable bifunctional electrocatalysts for water splitting
Huang et al. Co/N-doped carbon nanosheets derived from InOF-1 precursors for efficient Zn-Air battery
CN113355692B (zh) 一种二硫化钼纳米片@硫化钴纳米颗粒复合电催化剂的制备方法
CN115161668A (zh) 一种MOFs超结构可控合成超薄二维硼氮共掺杂碳纳米片及其制备方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant