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研究生:閻君皖
研究生(外文):Chun-wan Yen
論文名稱:中孔材料覆載奈米金屬粒子之氣相催化
論文名稱(外文):CO oxidation on single metal and alloy nanoparticles supported on mesoporous silica
指導教授:牟中原
學位類別:碩士
校院名稱:國立臺灣大學
系所名稱:化學研究所
學門:自然科學學門
學類:化學學類
論文種類:學術論文
論文出版年:2005
畢業學年度:93
語文別:中文
論文頁數:104
中文關鍵詞:中孔材料一氧化碳氧化觸媒合金
外文關鍵詞:mesoporous materialCO oxidationcatalystalloy
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本研究是以MCM-41作為觸媒載體,MCM-41為中孔材料,特點為表面積大(>1000 m2/g)、孔體積大(1~2 cm3/g),孔徑大小易控制(2-30 nm)等優點。而與傳統應用在一氧化碳觸媒最大不同點,為MCM-41為二氧化矽組成,而二氧化矽為惰性擔體,目前應用性較廣為活性載體,如二氧化鈦、氧化鐵等,這些擔體對於CO oxidation過程也能提供部分活性,因此,若是要針對金奈米粒子作深入探討時,活性載體便不適用3。
本研究除了金觸媒外,單金屬方面也加入了銀與銅等系統,銀和銅的成本較低,能大量應用在工業催化上。另外,金觸媒的穩定性較差,且吸附氧氣能力弱,因此,我們加入對氧氣有高親和力之金屬,與金形成合金,來提高活性。
一氧化碳氧化反應中,除了測試在空氣環境下的轉換率之外,也在富氫(rich hydrogen)下做選擇性的氧化,若是在低氧濃度,且富氫氣氛下,能對CO有高轉化率及高選擇性,在燃料電池上,會有極佳的應用性。鑑定儀器方面,主要是利用X光粉末吸收繞射來了解結構組成,及高解析穿透式電子顯微鏡,來鑑定金屬顆粒大小。在判斷合金組成方面,除了紫外光-可見光吸收光譜外,也採用同步幅射儀器:延伸X光吸收精細儀,來了解顆粒的組成與分布。
第一章 導論
1.1 奈米金觸媒…………………………………………............... 1
Ⅰ. 金觸媒的催化性質…………………………………...….. 1
Ⅱ. 增進金觸媒活性..……………………………………..... 7
1.2 金觸媒應用性…………………………………...………….... 8
Ⅰ. 簡介PROX 概念………………………………………..... 9
Ⅱ. 選擇PROX 反應觸媒………………………………...….. 11
1.3 中孔洞材料………………..……………………………...….. 12
Ⅰ. 中孔洞材料…………………………………………...….. 12
Ⅱ. 表面修飾……………………………………………...….. 16
1.4 研究動機與方向……………………………………….....….. 18
第二章 實驗部分
2.1 化學藥品………………………………………………….….. 20
2.2 合成方法……………………………………………………... 22
Ⅰ. 合成奈米尺度MCM-41…………………………...…… 22
Ⅱ. 修飾奈米尺度MCM-41……………………………...….. 22
Ⅲ. 負載單金屬至MCM-41……………………………...….. 23
III
Ⅵ. 負載金銀合金至MCM-41…………………………...….. 23
a. 一步驟還原法…….……………………………...….. 23
b. 分步驟還原法…….……………………………...….. 23
2.3 鑑定方法………………………………………...………..….. 25
Ⅰ. 粉末X 光射繞儀……………………………………...….. 25
Ⅱ. 氮氣等溫吸附-脫附測量……………………………...…. 25
Ⅲ. 熱重量分析儀..…..…………………………………..…... 25
Ⅵ. 穿透電子式顯微鏡……….…………………………...…. 25
Ⅴ. 固態紫外線/可見光譜儀....…………………………...…. 25
Ⅵ. 延伸式X 光吸附精細結構.…………………………...…. 25
Ⅶ. 氣相催化活性測量…….....…………………………...…. 26
Ⅷ. 掃描式電子顯微鏡…….....…………………………...…. 27
第三章 實驗與結果與討論Ⅰ
3.1 前言…………………………..…………………...………….. 28
3.2 奈米級中孔材料的鑑定結果……..………………...……….. 31
3.3 中孔材料之表面修飾鑑定與結果…..……………...……….. 34
3.4 比較不同的還原方法……………..………………...……….. 37
3.5 預處理步驟之討論與鑑定………..………………...……….. 40

3.6 金在不同載體上的鑑定與討論…..………………...……….. 43
3.7 銀粒子覆載含鋁MCM-41 之討論與鑑定………...……….. 47
3.8 銅粒子覆載含鋁MCM-41 之討論與鑑定………...……….. 50
3.9 一步驟還原法合成金銀合金在含鋁MCM-41 上...……….. 53
3.10 分步還原法合成金銀合金在含鋁MCM-41 上….……….. 57
3.11 利用ICP-AES 所測得的金屬重………………….……….. 61
第四章 實驗與結果與討論Ⅱ
4.1 研究動機………………………………………….............….. 62
4.2 實驗設計…………………………………………...……….... 63
Ⅰ. 單金屬觸媒……………………..…………………...…… 63
Ⅱ. 合金觸媒………………………..…………………...…… 63
4.3 氣相催化反應條件與預處理步驟………………...……….... 65
4.4 空氣環境下一氧化碳轉換率……………………...……….... 67
Ⅰ. 不同載體上的金觸媒…………..…………………...…… 67
Ⅱ. 銀及銅負載在含鋁MCM-41…..…………………...…… 69
Ⅲ. 分步還原法製備金合金觸媒…..…………………...…… 71
Ⅳ. 一步還原法製備金合金觸媒…..…………………...…… 75
Ⅳ. 比較不同觸媒在空氣環境下之活性..……………...…… 76
4.5 富氫環境下一氧化碳轉換率……………………...……….... 78
Ⅰ. 純金觸媒………………………..…………………...…… 78
Ⅱ. 純銅觸媒………………………..…………………...…… 80
Ⅲ. 分步還原法製備金合金觸媒…..…………………...…… 82
Ⅳ. 比較不同觸媒在富氫環境下之活性與選擇性…...…… 86
4.5 延伸式X 光吸收精細構之鑑定…………………...……….... 87
Ⅰ. 原理介紹………………………..…………………...…… 89
Ⅱ. X 光精細結構分析……………..…………………...…… 89
第五章 結論………………………………………..…… 98
參考文獻………………………………………………....... 99
參考文獻
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