納米結構金屬膜的制備與丙烷脫氫膜反應過程的數學模擬.pdf

1、有序納米結構金屬材料在催化、電池、燃料電池及傳感器等領域有潛在的應用前景，溶致液晶模板法是合成這種新型材料的主要方法之一。本文以非離子表面活性劑Brij56形成的溶致液晶為模板，在不同基體上分別采用化學沉積和電化學沉積法合成了有序納米結構金屬/雙金屬膜，模擬了它們在膜反應器中對丙烷脫氫反應的催化性能。 以非離子表面活性劑分別與金屬鹽、雙金屬鹽水溶液構建層狀、六方相液晶，用偏光顯微鏡、低角XRD等手段研究金屬鹽性質、水相組成對液晶

2、結構及其穩(wěn)定性的影響。 在多孔α-Al2O3基體上，利用水合肼與溶解在液晶水相的金屬前驅物的反應，制得與基體緊密結合、結構高度有序的層狀及六方納米結構金屬(Pd、Pt)膜。 在多孔α-Al2O3基體上，用水合肼同時還原液晶水相中的兩種金屬前驅物，合成沉積在多孔基體上的層狀和六方納米結構PdAg、PdPt雙金屬膜。分析了產物組成及兩種組分在其中的分布情況。 用化學鍍法在多孔α-Al2O3基體上制備致密Pd膜，考察合

3、成條件對Pd膜性能的影響。以表面處理后的Pd膜為基體，在其上電化學沉積六方納米結構金屬Pt膜，制得Pt-Pd/α-Al2O3復合材料。分析產物組成，通過低角XRD、TEM等手段表征產物結構，考察沉積電勢、液晶水相中金屬前驅物濃度等對Pt膜結構及結構參數的影響，用循環(huán)伏安法測定納米結構Pt膜比表面積為13.8 m2 g-1。 研究產物與液晶模板之間結構對應關系，初步探討引起二者尺寸不匹配的原因。分析認為，化學沉積或電化學沉積時基體

4、提供的沉積界面、液晶模板中金屬前驅物濃度等對產物結構參數有一定影響。該結果為調控納米結構提供了一種新的、簡便的方法。 以丙烷催化脫氫為模型反應，模擬氧化鋁基體上Pt膜及Pt-Pd雙層膜在膜反應器中的行為，并與固定床反應器及傳統(tǒng)Pd膜反應器進行比較，考察吹掃氣流量、壓力、溫度及反應體積等對丙烷轉化率的影響。模擬結果顯示，除可免除填充催化劑顆粒外，雙層膜反應器可在更加微小的反應器中保持較高的丙烷轉化率，具有傳統(tǒng)膜反應器不可比擬的優(yōu)勢