硅纳米结构的金属修饰及其在选择性氧化反应中的应用

以前期工作为基础，深入探讨典型的硅纳米结构（量子点、纳米粒子、纳米线、纳/微复合结构等）与多种金属纳米粒子（Au、Ag、Cu、Ni、Co等）的相互复合，以及复合体系对烃类化合物（芳香烃和烯烃）的选择性催化氧化作用。优化试验条件提高选择性催化氧化反应的选择性与转化率，细致考察硅纳米结构与金属纳米粒子尺寸、表面组成等对烃类选择性氧化的选择性与转化率的影响，考察不同金属组分及合金纳米粒子在硅纳米结构表面的催化作用的协同性。结合硅纳米结构材料自身的催化特性，及其与其它半导体材料的相容性，通过控制其表面组成、带隙或缺陷，进一步设计新颖的、多功能的、高效复合催化剂（体系）。

本项目旨在获得金属/硅纳米复合催化体系，深入探讨该类复合催化剂对烃类化合物的选择性氧化反应的催化作用，初步建立起催化反应模型，推测相应的反应机理，探索多功能的、高效的、复合催化剂（体系）的设计及其催化性能。此项目对于开发绿色能源与解决环境污染等问题具有重要意义。. 三年来，主要完成了以下几方面内容：.1. 优化多酸辅助合成法，大量可控合成硅量子点、纳米粒子、纳米线、纳/微复合结构材料。.2. 优化反应的pH 值、金属盐浓度、反应温度、反应时间、退火温度、退火气氛、退火时间等主要实验参数，制备金属/硅纳米复合催化剂，并实现对金属纳米粒子的尺寸及晶相的调控。.3. 研究金属/硅纳米复合催化剂的粒子尺寸、表面组成、粒子晶相、带隙或缺陷等主要性质。.4. 选用不同的金属/硅纳米复合催化剂作为研究对象，考察它们在烯烃与芳烃类化合物的选择性氧化反应（如，环己烯的选择性氧化，环辛烯的选择性氧化，环己烷的氧化，卤代苯和苯胺的偶联等）中的催化行为。.5. 重点优化环己烯的环氧化、环辛烯的环氧化这两个反应的催化条件，在结合催化剂类型与用量、选择性、转化率等实验数据的基础上，初步建立催化反应模型，并推测相应的反应机理。.6. 除此以外，研究中我们发现，由于硅纳米材料的表面上含有Si-H，导致硅纳米材料较为活泼，这就会使得复合催化体系的稳定性较差。考虑到碳与硅同处于第Ⅳ主族，所以我们进一步拓宽了催化剂的研究范围，研究了碳（碳点、石墨烯）与金属的复合体系，并考察了它们对环己烯的氧化、环己烷的氧化的催化特性。. 研究计划执行情况良好，未出现调整和变动的情况。依托本项目，共发表SCI学术论文72篇，获授权专利2项。所得研究成果已完全达到预期目标。