特定形貌介孔γ-氧化铝的形成机制及催化性能

Mesoporousγ-Al2O3 has been widely used in the field of petrohelm and catalysis. There are few report about the relationship between the morphology of γ-Al2O3 and the properties due to the difficulty in the fabrication of mesoporousγ-Al2O3 with controllabe morphology in the nanoscale. Recently, we found that mesoporous Al2O3 with amorphous sckelton will change to γ-Al2O3 mesoporous tetroderon with about 200 nm in length after water and heat treatment.The catalyst exhibits much better catalytic performance after loading Ru, compared with the same catalyst without treatment.In this research, the controllable systhesis of mesoporous γ-Al2O3 with special morphologies in the nano scale and the formation mechansim will be studied in detail based on the work. Then, the active metals will be loaded onto the obtained mesoporous γ-Al2O3 with different shape. The influnece of matrix shape on the size and distrubtion of metals, and location of the crystalline face will studied deeply. The realationship between the morphology of matrix on the catalytic performance will be set up. This study is promising to support some useful information for the design and fabrication of novel mesoporous oxides and catalysts.

介孔γ-氧化铝在石油催化领域有着重要应用，然而由于该材料在形貌控制方面的局限性，有关其形貌结构与功能特性的关联鲜有报道。申请人在近期研究中发现无定型骨架的介孔镍铝氧化物经过水、热处理可形成边长约为200 nm的正四面体状介孔γ-氧化铝，负载钌后作为一氧化碳甲烷化反应的催化剂，其催化性能显著优于传统形貌同系介孔催化剂。本申请拟在该发现的基础上深入开展四面体状介孔γ-氧化铝的可控合成及形成机制研究，探索出低维小尺度、特定形貌介孔γ-氧化铝的合成新方法。以不同形貌的介孔γ-氧化铝为载体，负载金属活性中心，研究介孔γ-氧化铝的形貌对活性中心颗粒的大小、分散及晶面分布等的影响，通过催化性能测试，从基础研究层面揭示催化剂载体自身形貌结构与催化性能的关联性。该项目的成功实施，可对介孔金属氧化物的形貌控制及相关催化剂的设计与开发研究给出理论指导。

本研究以两亲性嵌段共聚物P123为模板，通过溶剂挥发诱导自组装的方法制备了系列无定形的含镍有序介孔氧化铝，经过水解与煅烧热处理，得到了具有规则四面体形貌的介孔γ-氧化铝。本项目详细研究了介孔γ-氧化铝四面体的形貌调控，探究了形成机制，探索出低维小尺度、特定形貌介孔γ-氧化铝的合成新方法。针对选择性一氧化碳甲烷化反应，研究发现含有介孔γ-氧化铝四面体的催化剂的活性要比处理前无定形介孔样品的性能高，说明纳米材料的形貌对性能有很大的影响。. 鉴于以上结果，我们开展了系列嵌段共聚物用于特定形貌纳米粒子的可控制备研究。以两亲性嵌段共聚物PS-b-P4VP为模板，通过溶液自组装形成核壳结构球形胶束，以为为模板，利用P4VP的高络合性，原位聚合聚吡咯，经碳化制备了空心碳纳米球。再经过化学活化后，得到了具有开放式结构的碳材料。此外，通过该模板，还得到了负载金纳米粒子的碳/氮共掺杂的具有碗状形貌的二氧化钛。除了溶液中的自组装，我们也研究了其本体自组装形貌并以此为模板制备了三维相连的氮掺杂的多孔碳材料。我们还分别以含有液晶刚性基元的两亲性嵌段共聚物PEO-b-PMAAz为模板，制备了高热稳定的有序介孔二氧化钛。进一步探究了以上具有特定形貌的纳米材料在电催化、超级电容器和光催化方面的应用，以及形貌与性能之间的关联性。.为了进一步实现纳米粒子形貌的精准可控，我们通用偶氮苯液晶刚性基元，研究其对两亲性嵌段共聚物自组装体形貌的调控。得到了长方体、短带状、片层、椭囊泡和Janus等非球形粒子，由于偶氮苯具有光响应性，可以通过紫外光和可见光照射来对纳米粒子的形貌进行调控。.本项目的研究工作基于两亲性嵌段共聚物为模板制备具有特定形貌的功能性纳米粒子以及纳米粒子的形貌与性能关联性探究有着重要意义。本研究的重要成果发表于Nanoscale, Part. Part. Syst. Charact., ChemElectroChem, Appl. Surf. Sci., Adv. Mater. Inter., ACS Macro Lett. 等国际知名期刊。受邀做国际国内会议报告2次，参加会议多次，申请中国专利1项。