碳纳米管限域的金属纳米粒子的催化行为

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碳纳米管限域效应及其催化应用研究进展

碳纳米管限域效应及其催化应用研究进展

A s atC ro a o b s( N s a os ee eapo s gctl tsp ot n /rpo trdet te bt c: abnnnt e C T ) r cni rdt b r i a y u pr ad o rmo u o hi r u e d o min as e r
t n ee t i .I h smi i v e y a d s lc i t v y n t i n r iw,t e d f rn t tge o h r p r t n o u h c n n d n n c tls ,a d te e h i ee t r e is frt e p e a ai f c o f e a o aay t n h f sa o s i c a g so e rr d x p o e t h n e ft i e o r p r h y,p a e t n i o h s r st n,ee t n c p o e y a ela h aayi r p r h tc u d b x a i lcr i r p r s w l s te c t l c p o e t t a o l e e - o t t y p ee r m e r s l n o fn me t f csa e p e e td,w t h i o i hi hi g t erp tn ilu e i aa y i. e td fo t e u t t ni e n f t r r s n e h a c ee i t e am fh g l t i oe t s n c tl s h g n h a s Ke r s c r o a ou e ,f l g o f e n ,c tl t p l a in y wo d : a b n n n t b s i i ,c n i me t aa yi a p i t ln n c c o

纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展

纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展

纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展Company Document number:WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展自上世纪末以来, 纳米科学和技术有了长足的进展,其中纳米材料的一个重要特性是,将体系的尺寸减小到一个特定的范围(如 1~100 nm)时,在不添加任何其他组分的情况下,纳米体系的电子结构会发生变化。

量子力学已经证明,大量原子组成的固体材料的价电子为连续的“能带”,当这类体相材料在某一方向上被缩小,特别是缩小到纳米尺度时,电子在该方向的运动就受到空间的束缚和限域,这种限域效应将会改变电子运动特性、导致体系电子结构特别是价电子结构的改变,从而可能会产生量子突变。

这种体系尺寸对电子特性的调变为催化剂的催化特性进行调控提供了一种很好的途径[1]。

.近几年,部分研究团队在利用纳米材料的限域效应对催化剂的改性以及催化过程的研究等方面开展了创新性的研究工作,并且大量具有影响力的研究报道和文章被发表出来,其中中国科学院大连化学物理所包信和院士团队在这方面的工作开展的较早也很突出。

该团队在铂金属颗粒表面加载了过渡金属氧化物,制备出了具有界面限域效应的TMO/Pt非均相逆催化剂(Oxide-on-Metal Inverse Catalysts),利用界面限域效应对催化体系结构和电子特性的影响作用,改善了在催化过程(特别是在催化氧化反应)中传统非均相催化剂容易出现的催化活性中心的失活以及催化功能的失效等问题[2]。

图1两种金属催化体系的结构示意图(A)传统的氧化物作为载体的金属催化体系(Oxide supported metal system) 和(B)过渡金属纳米氧化物倒载型催化体系(oxide-on-metal system)如图1所示为传统过渡金属氧化物作为载体的催化体系和过渡金属纳米氧化物倒载型催化体系的结构示意图。

纳米光触媒技术成医院空气净化新宠

纳米光触媒技术成医院空气净化新宠

发出压电式 、摩擦式 、复合式等多种新型纳米发电 机, 输 出电压从最初的几毫伏发展到逾两千伏 。 研发 团队将纳米发 电机和风力发电结合起来 。开展 了纳 米薄膜风力发电机的初步结构设计和储存电路系统 研究 , 进 行 了初 步 实 验 验证 , 迄 今 已 申请 3 1 项 相关 专利 , “ 高功率纳米摩擦发 电机” 、 “ 风力发电装置” 等 1 0 项获得授权 。专家指出, 纳米薄膜风力发电系统 可通过风力挤压 、 摩擦纳米薄膜产生电能 , 还可和传 统太阳能 、 现有风能发电系统组合起来使用 , 有望提
出纳 米薄 膜风 力发 电 系统 ,给 风力 发 电增 添 了新 的
可能 路径
在河 北省 唐 山市等 支持 下 ,由归 国博 士 徐传 毅 率 领 的研 发 团 队对 纳 米 发 电机 进 行 了大量 研 究 , 研 近 日,中科 院大连 化学 物理 研究 所催 化 基础 国 家重 点实 验 室张 帆 、潘 秀莲 和包 信 和等 在碳 纳米 管 的 限域 催 化研 究方 面取 得新 进展 ,相 关 结果 发表 在 《 美 国 国家 科 学 院院 刊》 上。 该研 究 团队经 过 多年 的研究 。证 实 了这 种 纳 米 级 空 间和 电子结 构可 形成 独特 的 限域环 境 ,导 致 组
供 更 多 的能源 收集 方式 。 下一步 . 性发生
变 化 ,从 而 可能 改变 分子 吸 附活 化模式 甚 至反 应 路 径, 提 出 了“ 碳纳 米管 的催 化协 同限域效 应 ” 的概念 , 并 在 多个 催 化 反应 中验证 了这 一 理论 。 最近 , 该 研 究 组 成 功地 实 现 了在管 径 小 至 1 . 5纳 米左 右 的单 壁 碳
上 述 预测 ,即碳管 自身 的电子结 构直 接 决定 着其 对

纳米材料在催化反应中的作用原理

纳米材料在催化反应中的作用原理

纳米材料在催化反应中的作用原理近年来,随着科学技术的不断发展,纳米材料在各个领域的应用越发广泛。

尤其在催化反应领域,纳米材料的作用备受研究者们的关注。

本文将详细探讨纳米材料在催化反应中的作用原理,旨在揭示其独特的催化效应以及为何纳米材料能够显著改善反应速率和选择性。

一、纳米材料的催化效应纳米材料具有较高的比表面积和高度的晶界活性,这是其展现出卓越催化性能的重要基础。

相较于传统的宏观材料,纳米材料的纳米尺度特征赋予其独特的物理、化学性质,从而展现出以下几个催化效应:1. 尺寸效应纳米材料具有特殊的尺寸效应。

当材料尺寸缩小到纳米级别时,相对表面积的增大使得催化活性位点的数量大幅增加,因而增加了催化反应的活性。

此外,纳米材料较短的传输路径和较低的扩散阻力也有助于提高反应速率。

2. 基底效应纳米材料常常以基底形式存在,即催化活性位点分布在纳米颗粒的表面上。

由于表面活性位点的增多,基底效应能够提高催化反应的速率和效率。

此外,基底效应还可以通过材料的选择性吸附、调节活性位点和提供合适的反应环境等来增强反应选择性。

3. 量子尺寸效应当纳米材料的粒径接近或小于电子波长时,量子效应开始发挥作用。

在纳米材料中,量子效应可以调节电荷分布和电子能级结构,从而改变催化反应的各种动力学和热力学性质。

因此,纳米材料通过量子调控可以实现对反应活性和选择性的精确调控。

二、纳米材料催化反应机制纳米材料在催化反应中的作用原理主要有三种机制,即金属纳米颗粒催化机制、金属氧化物纳米颗粒催化机制和二维纳米材料催化机制。

1. 金属纳米颗粒催化机制金属纳米颗粒催化机制是指金属纳米颗粒作为催化剂参与反应,并通过调整催化活性位点上的电子态以及吸附和解离反应的能力来促进反应。

金属纳米颗粒催化机制被广泛应用于氧化还原反应、还原反应和氧化反应等。

2. 金属氧化物纳米颗粒催化机制金属氧化物纳米颗粒催化机制是指以金属氧化物纳米颗粒作为催化剂进行催化反应。

金属氧化物纳米颗粒具有丰富的氧化还原活性位点,可以参与氧化还原反应、酸碱中和反应等多种反应。

mof纳米限域催化

mof纳米限域催化

mof纳米限域催化
MOF纳米限域催化是指将纳米氧化物限域在金属有机框架(MOF)材料中,以实现高效催化过程。

这一技术的核心在于限域微环境对催化体系的物理和化学状态产生强烈的限制作用,从而可以有效调控催化性能。

长期以来,包信和院士团队一直在探索限域催化过程,并在一维碳管纳米反应器和两维层间纳米反应器中发现了这些限域微环境对催化反应的有效调控作用。

最近,剑桥大学的材料科学家利用无机化学中的普尔贝图,发展出了一个在纳米孔内合成客体材料的有效方法,实现了在MOF孔内填充氧化钌纳米结构。

利用这一材料,研究人员发现在零维纳米孔反应器中的限域效应可以弱化CO和O在氧化物表面上的吸附,使得该氧化物结构表现出独特的低温催化CO氧化性能,说明零维纳米空间中微环境限域可以弱化表面吸附并增强催化性能。

这一结果与一维和两维纳米空间中发现的限域催化效应一致。

MOF纳米限域催化为多相催化领域提供了一个新的研究方向,有望在化学工业和能源转换等领域得到广泛应用。

金属纳米粒子的催化作用

金属纳米粒子的催化作用

金属纳米粒子的催化作用金属纳米粒子是一种具有特殊性质和潜在应用价值的材料,其催化作用引起了广泛的关注和研究。

本文将从金属纳米粒子的定义、制备方法、催化机理以及应用领域等方面阐述金属纳米粒子的催化作用。

一、金属纳米粒子的定义和制备方法金属纳米粒子是指直径范围在1到100纳米之间的金属粒子。

由于其尺寸效应和表面效应的存在,金属纳米粒子具有与其宏观物质不同的特殊性质,如高比表面积、量子尺寸效应和表面等离子共振等。

制备金属纳米粒子的方法多种多样,常见的方法包括物理法和化学法。

物理法包括溅射法、球磨法和激光蒸发法等,而化学法则是应用广泛的方法,包括还原法、凝胶法和微乳液法等。

二、金属纳米粒子的催化机理金属纳米粒子的催化作用主要源于其特殊的表面性质。

金属纳米粒子具有丰富的表面活性位点和高比表面积,这使得金属纳米粒子能够提供更多的反应活性中心,并提高反应物与催化剂之间的接触效率。

此外,金属纳米粒子还具有量子尺寸效应和电子结构调控效应,这些效应可以调控金属纳米粒子的催化性能。

金属纳米粒子的催化机理可以分为两种类型:金属纳米粒子表面催化和金属纳米粒子内部催化。

对于金属纳米粒子表面催化,反应物吸附在金属纳米粒子表面的活性位点上,通过吸附态的反应物与金属纳米粒子之间的相互作用,发生催化反应。

而金属纳米粒子内部催化是指反应物在金属纳米粒子内部发生反应,通过金属纳米粒子内的空间限制和电子结构调控,加速反应进程。

三、金属纳米粒子的催化应用金属纳米粒子的催化应用十分广泛,包括催化剂、催化剂载体、催化剂修饰剂和催化反应中间体等。

催化剂是金属纳米粒子最主要的应用之一,金属纳米粒子可以作为催化剂用于有机合成、环境治理、能源转化和化学传感等领域。

此外,金属纳米粒子作为催化剂载体,能够提高催化剂的分散性和稳定性,增强催化剂的催化活性和选择性。

金属纳米粒子还可以作为催化剂修饰剂,通过调控金属纳米粒子的形貌、尺寸和表面结构,改善催化剂的性能。

纳米限域催化知识点

纳米限域催化知识点

纳米限域催化知识点纳米颗粒具有高比表面积、优异的化学惯性和负载性能,是一种重要的催化剂。

纳米限域效应是指由于纳米颗粒的小尺寸,其表面的原子或分子受到严格的限制,导致了一系列与体相材料不同的性质和催化活性。

这种效应已被广泛应用于化学合成、能源转换和环境治理中,成为了当前催化科学研究的热点之一。

本文将从两个方面介绍纳米限域催化的知识点。

一、纳米限域效应的机理纳米限域效应源于纳米颗粒尺寸的约束,使得催化剂表面的原子或分子具有了不同于体相材料的物理和化学性质。

这主要表现为以下三个方面:1. 表面原子或分子密度增大,使得表面的化学反应活性更高。

2. 表面的电荷状态随着粒子尺寸的改变而改变,部分电子容易被激发到高能级,从而促进氧化-还原反应。

3. 由于纳米颗粒的大小远小于光波长,因此表面上存在的等离子共振能够在表面催化过程中起到局域电场增强反应速率的作用。

以上这些效应综合起来,就构成了纳米限域效应,促进了催化活性的提高。

二、纳米限域催化在实际应用中的表现纳米限域催化在化学反应中的实际应用非常广泛,下面主要介绍以下三个方面:1. 光催化降解有机污染物:纳米限域催化在光催化降解有机污染物中占有重要地位。

具有纳米尺寸的半导体材料,如二氧化钛(TiO2)、氧化锌(ZnO)和氧化铜(CuO)等,被广泛用于光催化降解有机污染物。

其提高了光催化的效率和稳定性。

2. 分子转化:纳米限域催化能够提高一些分子的转化活性,如碳氢化合物裂解、烷基化、加氢等反应。

以钴在硅孔道中的催化还原为例,一些短链烷烃可以通过有序的反应路径在钴纳米颗粒表面上被加氢而转变成高价的烷烃,提供了一种新的分子转化方法。

3. 生物催化:纳米限域催化也在现代生物学领域中得到了应用。

通过将酶蛋白质嵌入到纳米孔中,可以稳定酶蛋白质,提高其催化活性和选择性。

这种方法提高了酶特异性,而且可以进行大规模反应。

结论纳米限域催化是催化领域中的一个重要方向。

其机理和应用实例表明,纳米尺寸效应具有一些独特的特性,使催化剂表现出高催化活性和选择性。

碳纳米管技术在催化领域中的应用

碳纳米管技术在催化领域中的应用

碳纳米管技术在催化领域中的应用随着科技的不断发展,人们对于能源利用的要求也越来越高。

因此,针对能源的研究也成为当前的一个热点话题。

其中,催化领域的发展对于能源的利用具有至关重要的作用。

而碳纳米管技术在催化领域中的应用,则是一个备受关注的话题。

碳纳米管,是由碳元素构成的一种纳米级管状材料。

由于碳纳米管具有导电、导热等优良性质,因此它在能源领域中的应用,也受到了人们的广泛关注。

而其中最为重要的应用之一,则是在催化领域中。

首先,碳纳米管技术可以被用于制备高效的催化剂。

通过在碳纳米管表面进行化学修饰或者组装,人们可以制造出各种不同的催化剂。

由于碳纳米管具有高度的导电性以及化学惰性,因此它可以作为稳定的催化剂载体,为催化反应提供高效的催化作用。

其次,碳纳米管技术在催化领域中的应用还可以被用于制备高效的催化反应体系。

由于碳纳米管具有极高的比表面积以及多孔结构,因此在其表面进行催化反应,可以大大提高反应的效率。

同时,通过合理的化学修饰或者组装,碳纳米管还可以被制造成一系列针对特定催化反应的高效型催化剂。

这对于提高催化反应的速率以及选择性,具有极其重要的作用。

最后,碳纳米管技术还可以被用于制备高效的能源转化器。

由于碳纳米管具有优良的电学性质,因此它可以被用于制备高效的太阳能电池、柔性电池等能源转化器。

这些能源转化器具有高能量密度、低成本以及长寿命等优点,因此具有广泛的应用前景。

总之,碳纳米管技术在催化领域中的应用,已经成为当前研究的一个热点问题。

针对碳纳米管技术的研究,不仅可以提高催化反应的效率以及选择性,还可以制造高效的催化剂、高效的催化反应体系,以及高效的能源转化器。

这对于推动当前能源领域的发展,具有至关重要的意义。

催化生长法 碳纳米管

催化生长法 碳纳米管

催化生长法碳纳米管
催化生长法是一种制备碳纳米管的方法。

这种方法通过在催化金属或催化剂的作用下,在合适的温度条件下,使碳原子沉积在催化剂表面,进而形成碳纳米管结构。

催化生长法通常分为化学气相沉积(CVD)和化学液相沉积(CVD)两种类型。

在化学气相沉积中,碳源气体会通过加热使其分解,其中的碳原子会沉积在催化剂表面形成碳纳米管。

而在化学液相沉积中,碳源通过溶解在液体中,再结合催化剂进行碳纳米管的生长。

催化生长法具有许多优势,如操作简单、控制性好、生长速度快等。

此外,催化生长法还能够实现对碳纳米管的直径、长度和排布方向的精确控制。

这使得这种方法在碳纳米管的制备过程中得到广泛应用。

催化生长法在许多领域有着重要的应用,如电子器件、传感器、储能装置等。

通过适当的控制生长条件和催化剂的选择,可以得到各种不同性质的碳纳米管,进一步拓宽了其应用领域。

总的来说,催化生长法是一种重要的碳纳米管制备方法,其具有简单、可控性强和广泛的应用前景。

这种方法为碳纳米管的研究和应用提供了重要的技术支持。

纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展

纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展

精心整理纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展自上世纪末以来,纳米科学和技术有了长足的进展,其中纳米材料的一个重要特性是,将体系的尺寸减小到一个特定的范围(如1~100nm)时,在不添加任何其他组分的情况下,纳米体系的电子结构会发生变化。

量子力学已经证明,大量原子组成的固图1两种金属催化体系的结构示意图(A)传统的氧化物作为载体的金属催化体系(Oxidesupportedmetalsystem)和(B)过渡金属纳米氧化物倒载型催化体系(oxide-on-metalsystem)如图1所示为传统过渡金属氧化物作为载体的催化体系和过渡金属纳米氧化物倒载型催化体系的结构示意图。

纳米氧化物倒载型催化体系相比传统非均相催化剂,具有更多的TMO/Pt界面(如示意图B中氧化物边缘的黄色虚线所示)。

由于TMO与Pt的表面张力的不同,倒载型催化体系中氧化物(FeO)趋向于在Pt金属表面形成均有双层结构的层状纳米岛结构(由于Fe与Pt具有较强的作用力,双层结构底层与Pt金属结合的为Fe原子,上层为氧原子),而传统催化体系中的Pt金属易于在氧化物颗粒形成较大的颗粒状结构,如下图2所示。

基于上述的界面结构特点,倒载型催化体系具有更多的TMO/Pt界面,并且过渡金属中阳离子(Fe)与贵金属(Pt)间的之间可程造成了石墨结构中大π键的畸变,电子由碳纳米管的凹面向凸面转移,在碳纳米管内外形成一个表观电势差、导致碳纳米管呈现出有别于其他传统碳材料的独特的物理化学特性。

日本富山大学的NoritatsuTsubaki团队在碳纳米管负载铜纳米颗粒催化剂对乙酸甲酯加氢催化过程的研究中,发现了碳纳米管对铜纳米颗粒催化剂的限域效应[3]。

对碳纳米管外壁负载铜纳米颗粒和内壁负载铜纳米颗粒的催化效果进行了对比,由于内壁对于铜纳米颗粒的限域效应非常显着,发现内壁负载的催化剂催化效果明显优于外壁负载的催化剂。

这一限域效应主要表现在:碳纳米管内负载的铜纳米颗粒由于碳纳米管内部的空间限域作用,催化过程中的催化剂颗粒的团聚生长得到有效抑制,从而会防止铜催化剂失活的现象。

金纳米颗粒在催化反应中的应用研究

金纳米颗粒在催化反应中的应用研究

金纳米颗粒在催化反应中的应用研究随着科技的不断发展,纳米材料的研究和应用也日益受到关注。

其中,金纳米颗粒作为一种重要的纳米材料,在催化反应中展现出了广阔的应用前景。

本文将探讨金纳米颗粒在催化反应中的应用研究,并介绍其在不同反应中的优势和挑战。

金纳米颗粒具有独特的物理和化学性质,这使得它们在催化反应中具有许多优势。

首先,金纳米颗粒具有高比表面积,这意味着它们能够提供更多的活性位点,从而增加反应的速率和选择性。

其次,金纳米颗粒具有可调控的形状和尺寸,这使得研究人员可以通过调节颗粒的形态来优化催化性能。

此外,金纳米颗粒还具有良好的稳定性和可再生性,这使得它们在催化反应中能够长时间保持高效催化活性。

金纳米颗粒在氧化反应中的应用是一个研究热点。

氧化反应在许多化学过程中都起着重要作用,例如有机合成、环境净化等。

金纳米颗粒作为催化剂,在氧化反应中展现出了良好的催化活性和选择性。

研究人员发现,金纳米颗粒的表面电子结构和晶体结构对其催化性能具有重要影响。

通过调控金纳米颗粒的形状和尺寸,可以改变其表面电子结构,从而实现对氧化反应的优化控制。

除了氧化反应,金纳米颗粒还在还原反应中展现出了出色的催化性能。

还原反应在许多领域都具有重要应用,例如有机合成、能源转化等。

金纳米颗粒作为还原反应的催化剂,能够提供丰富的表面活性位点,从而促进反应的进行。

此外,金纳米颗粒还具有良好的催化稳定性,可以长时间保持高效催化活性。

研究人员通过调控金纳米颗粒的形状和尺寸,可以进一步优化其催化性能,提高反应的速率和选择性。

然而,金纳米颗粒在催化反应中仍然面临一些挑战。

首先,金纳米颗粒的合成方法需要进一步改进,以提高合成效率和控制粒径分布。

其次,金纳米颗粒在反应过程中容易发生聚集,从而降低催化活性。

因此,研究人员需要寻找有效的方法来防止金纳米颗粒的聚集,以提高其催化稳定性。

此外,金纳米颗粒在催化反应中的机理和动力学研究也需要进一步深入,以揭示其催化机制和性能优化的原理。

碳纳米管(CNTs)

碳纳米管(CNTs)

碳纳米管(CNTs)班级:材料化学班姓名:唐建学号:20110513427摘要:1991年日本NEC公司的饭岛纯雄(Sumio Iijima)首次利用电子显微镜观察到中空碳纤维,直径一般在几纳米到几十个纳米之间,长度为数微米,甚至毫米,称为“碳纳米管”。

从此便引发了碳纳米管研究的热潮和近十几年来碳纳米管科学和技术的飞速发展。

本文主要分为两部分:1、对纳米材料及碳纳米管的相关知识进行介绍2、于应用层次,讨论纳米材料及碳纳米管的应用前景关键字:纳米材料概述碳纳米管热点及应用1、引言生物科学技术、信息科学技术、纳米科学技术是下一世纪内科学技术发展的主流。

生物科学技术中对基因的认识,产生了转基因生物技术,可以治疗顽症,也可以创造出自然界不存在的生物;信息科学技术使人们可以坐在家中便知天下大事,因特网几乎可以改变人们的生活方式。

而纳米科学技术作为二十一世纪的主导产业,又将给人们带来怎样天翻地覆的改变呢?……2、理论知识2.1 纳米材料概述纳米材料:指晶粒尺寸为纳米级(10-9米)的超细材料。

从材料的结构单元层次来说,它处于宏观物质和微观原子、分子之间的介观领域。

在纳米材料中,界面原子占极大比例,而且原子排列互不相同,界面周围的晶格结构互不相关,从而构成与晶态、非晶态均不同的一种新的结构状态。

纳米科学技术:研究在千万分之一米(10-8)到亿分之一米(10-9米)内,原子、分子和其它类型物质的运动和变化的学问;同时在这一尺度范围内对原子、分子进行操纵和加工又被称为纳米技术。

2.2 纳米材料的特性2.2.1纳米材料的体积效应体积效应中的典型例子是久保理论。

其是针对金属纳米粒子费米面附近电子能级状态分布而提出的。

该理论把金属纳米粒子靠近费米面附近的电子状态看作是受尺寸限制的简并电子态,并进一步假设它们的能级为准粒子态的不连续能级,并认为相邻电子能级间距δ和金属纳米粒子的直径d的关系为:δ=4EF/3N ∞V-1 ∞1/d3(其中N为一个金属纳米粒子的总导电电子数,V为纳米粒子的体积;EF为费米能级)。

一种具有限域通道且可高效电催化还原co2的电极的制备方法及应用 (1)

一种具有限域通道且可高效电催化还原co2的电极的制备方法及应用 (1)

一种具有限域通道且可高效电催化还原co2的电极的制备方法及应用
制备方法:
1. 制备电极材料:选择具有高电导性和较高的表面积的材料,如碳纳米管、金属氧化物等。

可以通过化学沉积、溶液浸渍、物理混合等方法制备电极材料。

2. 电极表面修饰:将制备好的电极材料进行表面修饰,以提高电催化还原CO2的效率。

常用的修饰方法包括导电聚合物包覆、金属纳米粒子负载、表面功能基团引入等。

3. 构建限域通道:在修饰好的电极上构建限域通道,以增强CO2分子在电极表面的吸附和催化还原效果。

可以利用碳纳米管、金属有机框架等材料构建限域通道。

4. 电化学测试:将制备好的电极安装到电化学测试系统中,进行电催化还原CO2的测试。

可以通过循环伏安法、恒电流法等方法研究电极的电催化性能。

应用:
1. CO2还原为有用化学品:利用制备好的电极催化CO2的还原反应,将CO2转化为有机物或燃料等有用化学品,如甲醇、乙醇、甲烷等。

2. CO2还原为能源存储:将制备好的电极连接到适当的电池或电解槽中,利用催化CO2还原反应将CO2转化为化学能或电能,实现能源的储存和转换。

3. CO2减排与环境保护:利用制备好的电极催化CO2的还原反应,将大气中的CO2转化为有价值的化合物,减少温室气体排放,从而实现对环境的保护和减排目标。

总之,一种具有限域通道且可高效电催化还原CO2的电极的制备方法及应用可以为CO2减排和能源转换提供一种高效、环保的解决方案。

2010年全国优秀博士学位论文名单(按学科排列)

2010年全国优秀博士学位论文名单(按学科排列)

2010091 中国部分地区猪流感病毒的分子流行病学研究于海童光志中国农业科学院
2010092 丹参酮类化合物生物合成相关酶基因克隆及功能研究高伟黄璐琦中国中医科学院
2010093 空间最优交会路径规划策略研究罗亚中唐国金国防科学技术大学
2010094 GPS/INS自适应组合导航算法研究高为广杨元喜解放军信息工程大学
Fas信号和TLR信号促进调节性树突状细胞负向调控CD4+ T细胞反
2010095
钱程曹雪涛第二军医大学应及相关机制研究
2010096 朊蛋白促进胃癌增殖的分子机制梁洁樊代明第四军医大学
2010097 多相整流感应发电机系统的研究王东马伟明海军工程大学
2010098 等离子体气动激励及其扩大压气机稳定性的原理研究吴云李应红空军工程大学
2010099 电化学电容器用碳纳米管阵列及其复合电极的制备与性能张浩杨裕生防化研究院
2010100 中国人群SNP的大规模发掘和慢性乙型肝炎的遗传易感性研究周钢桥贺福初军事医学科学院
2010年全国优秀博士学位论文名单。

碳纳米管一维狄拉克材料-概述说明以及解释

碳纳米管一维狄拉克材料-概述说明以及解释

碳纳米管一维狄拉克材料-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述碳纳米管(Carbon Nanotubes,简称CNTs)是一种具有特殊结构和优异性能的纳米材料,被广泛认为是材料科学领域的研究热点之一。

碳纳米管由碳原子以一定的方式排列而成,形成了空心的管状结构。

其独特的一维结构使其具有许多特殊的物理性质和潜在的应用价值。

在过去几十年中,碳纳米管引起了广泛的关注和研究。

由于其高强度、高导电性和高导热性等优异性能,碳纳米管在材料科学、纳米科技、电子学等领域具有广泛的应用前景。

同时,碳纳米管还具有独特的光学性质和化学反应活性,使其在光电子学和催化剂等领域显示出巨大的潜力。

本文将重点介绍碳纳米管作为一维狄拉克材料的相关内容。

所谓狄拉克材料指的是具有狄拉克费米子(Dirac Fermions)特性的材料。

狄拉克费米子是一种具有质量零点能态的粒子,其行为类似于相对论中的狄拉克粒子。

碳纳米管的特殊结构和电子结构使其具备了类似狄拉克费米子的行为,因此被认为是一维狄拉克材料的代表。

文章的内容将包括碳纳米管的基本概念、制备方法和物理性质等方面。

同时,还将探讨碳纳米管作为一维狄拉克材料的意义,以及在科学研究和应用领域的前景。

此外,本文还将涉及碳纳米管研究所面临的挑战以及未来的发展方向。

通过对碳纳米管一维狄拉克材料的深入研究,我们可以更好地理解其独特的电子行为和物理性质,并且为其在纳米电子学、能源存储、生物传感等领域的应用提供基础。

同时,对于研究者而言,也能够促进对一维狄拉克材料的认识和理解,为材料科学的发展做出贡献。

尽管碳纳米管研究面临一些挑战和困难,但相信在不久的将来,通过持续的努力和研究,碳纳米管作为一维狄拉克材料的应用前景将会得到进一步的拓展和发展。

1.2 文章结构文章结构部分的内容:本文按照以下结构进行撰写和组织。

第一部分为引言,旨在介绍碳纳米管一维狄拉克材料的研究背景、意义和目的。

引言分为三个小节,分别是概述、文章结构和目的。

纳米限域催化理论获新进展

纳米限域催化理论获新进展

缺陷 , 由一 个氮 杂质 和邻 近 的空位 组成 . 近 几年 在量 子信息 领域 得 到广 泛关 注 ,被认 为有望 实 现 室温 下 的量 子计算 和 高灵 敏度 量子 测量 。 孙 方稳 研究 组通 过氮 离 子束 注入制 备 了金 刚石 氮一 空位 色心 ,并 利用 色心 中不 同 电荷态 发光 的波
金 刚石 中的氮一 空位 色 心是金 刚石 的一 种 发光
建平、潘秀莲和包信和等人基于碳纳米管的纳米 限 域催化理论研究取得新进展 , 研究发现 , 由弯曲石墨 烯片构成的碳纳米管纳米级管腔可导致组装在其内
部 的金 属纳 米粒 子 的特性 发生 变化 ,并 可 能改 变分 子 吸 附活化 模 式甚 至反应 路径 ,从 而调 变催 化 反应
的性能 , 据此 , 该团队率先提 出了碳纳米管的“ 协 同
限域催 化 ” 新 概 念 。相关 结果 近 日发表 于 《 美 国化学
会志》 。
近年来 ,该 团队研究 了碳 纳米 管 的 限域效 应对

长依赖特性 , 对色心的电荷态进行 了高效控制。 他们 进一步通过对不同波长激光的光束整形 .实现了突
中科 院院士 、中国科学技术大学教授郭光灿领 导的中科 院量子信息重点实验室孙方稳研究组利用
光学 超分 辨成 像技 术 实现 了对单 个 自态 的纳米 量
纳米技术> > ( N a t u r e N a n o t e c h n o l o g y ) 最新一期上发表 论文 ,介绍他们开创性地设计并制备出的一种全色
纳米 限域催 化理 论获 新进 展
到快速发展 。但实现高空间分辨率的电磁场等物理
量测量 , 不仅需要高精度的成像和分辨 , 还需要高精

金属载体强相互作用 碳纳米管

金属载体强相互作用 碳纳米管

金属载体强相互作用碳纳米管金属载体强相互作用:碳纳米管引言:碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米材料,具有很高的强度和导电性能,因此在许多领域都具有广泛的应用前景。

其中,碳纳米管在金属载体强相互作用方面表现出独特的性能,成为研究的热点之一。

本文将从碳纳米管在金属载体中的应用、强相互作用的机制以及未来的发展方向等方面进行探讨。

一、碳纳米管在金属载体中的应用1. 纳米电子器件:碳纳米管可以作为电子器件中的导线或电极材料,由于其高导电性和优异的机械强度,可以提高器件的性能和可靠性,例如在集成电路、显示器件等领域都有广泛的应用。

2. 催化剂载体:碳纳米管具有大的比表面积和特殊的孔隙结构,可以作为催化剂的载体,在化学反应中发挥重要作用。

通过调控碳纳米管的结构和表面性质,可以提高催化剂的活性和选择性,推动催化剂的研究和应用。

3. 传感器:由于碳纳米管具有高灵敏度和特殊的电子结构,可以将其用于传感器的制备。

例如,利用碳纳米管的电导性能可以制备高灵敏度的气体传感器,用于检测环境中的有害气体等。

二、碳纳米管与金属载体的强相互作用机制1. 电荷转移作用:碳纳米管与金属载体之间存在电荷转移作用,即电子从金属载体转移到碳纳米管中或反之。

这种电荷转移作用可以改变碳纳米管的电子结构,影响其导电性能和光学性质。

同时,金属载体的电子也可以通过碳纳米管的表面传输,从而影响金属载体的性质。

2. 插入作用:碳纳米管可以插入到金属载体的晶格中,形成新的合金结构。

这种插入作用可以改变金属载体的晶体结构和力学性能,同时也可以调控碳纳米管的尺寸和排列方式。

此外,插入作用还可以改变金属载体的电子结构和磁性等性质。

3. 表面修饰作用:碳纳米管具有丰富的官能团,可以与金属载体的表面发生化学反应,形成稳定的化学键。

通过表面修饰作用,可以调控金属载体的表面性质,例如改变其亲水性、抗氧化性等。

此外,表面修饰还可以提高碳纳米管与金属载体之间的相容性,减少界面能量,提高材料的稳定性和寿命。

碳纳米管 限域效应

碳纳米管 限域效应

碳纳米管限域效应
碳纳米管是一种由碳原子构成的纳米结构,具有许多独特的物
理和化学性质。

限域效应是指当材料尺寸减小到纳米尺度时,其性
质会发生显著的变化。

碳纳米管的限域效应是指由于其纳米尺度的
特殊结构,导致其电子输运和热传导等性质受到限制和调控的现象。

首先,从电子输运的角度来看,碳纳米管由于其纳米尺度的特
殊结构,呈现出一维纳米线的特性,使得其电子输运受到限制。


种限域效应导致碳纳米管表现出优异的电子输运性能,例如高载流
子迁移率和低电阻率,这使得碳纳米管在纳米电子学领域有着重要
的应用前景。

其次,从热传导的角度来看,碳纳米管的限域效应也对其热传
导性能产生显著影响。

由于碳纳米管的纳米尺度结构限制了热子的
传播,使得其表现出优异的热绝缘性能。

这种特殊的限域效应使得
碳纳米管在纳米材料的热管理和热界面材料方面具有潜在的应用前景。

此外,碳纳米管的限域效应还影响着其化学反应性和力学性能。

由于纳米尺度结构的存在,碳纳米管表现出高比表面积和特殊的表
面化学性质,这使得其在催化和传感等领域具有重要的应用潜力。

同时,限域效应也影响着碳纳米管的力学性能,使得其具有优异的强度和韧性,适用于纳米复合材料等领域。

总的来说,碳纳米管的限域效应在电子输运、热传导、化学反应性和力学性能等方面产生重要影响,这使得碳纳米管在纳米科技领域具有广泛的应用前景。

对于科学研究和工程应用而言,深入理解和控制碳纳米管的限域效应具有重要意义。

碳纳米管基非贵金属催化剂在电催化氧化还原中的应用研究进展

碳纳米管基非贵金属催化剂在电催化氧化还原中的应用研究进展

碳纳米管基非贵金属催化剂在电催化氧化还原中的应用研究进展王启晨;王璟;雷永鹏;陈志彦;宋垚;罗世彬【摘要】燃料电池和金属-空气电池是将化学能直接转化成电能的绿色电池,具有能量密度高、安全和环保等优点,相比传统能源具有独特优势.然而,目前阴极氧还原反应(oxygen reduction reaction,ORR)使用的贵金属铂(Pt)储量低,成本高,易中毒失活,严重限制了燃料电池的大规模应用.因此,开发廉价、高效、稳定的非贵金属催化剂成为研究热点.碳纳米管具有本征sp2杂化结构、优异的导电性、高比表面积、良好的化学稳定性等突出优点,受到广泛关注.本文综述了碳纳米管基非贵金属ORR 催化剂的最新进展,主要包括非金属掺杂、过渡金属-氮-碳纳米管、负载过渡金属及其衍生物(氧化物、碳化物、氮化物、硫化物等)、负载单原子、与其他碳材料(石墨烯、多孔碳、碳纳米纤维)复合以及碳纳米管基自支撑电极.最后,对碳纳米管基非贵金属ORR催化剂的研究前景和下一步研究方向进行了展望.%Fuel cell and metal-air batteries are green batteries which directly convert chemical energy into electricity,possessing important merits compared to the traditional energy,examples of high energy density,safety and environmental benignity.However,the low reserves,high cost,easy poisoning and deactivation of precious metal platinum (Pt) used in cathodic oxygen reduction reactions (ORR) have severely limited the development of the fuel cell in large-scale.Therefore,the research on development of cheap,efficient and stable non-precious metal catalyst has become a hotspot.Carbon nanotubes (CNTs),owning to the outstanding feature such as the intrisic sp2 hybrid structure,excellent conductivity,highspecific surface area,good chemical stability,etc,have received wide attentions.Firstly,the recent progress in the noble-metal-free CNTs-based ORR catalysts were summarized,mainly including non-metal element doping,transition metal-nitrogen-CNTs,CNTs supported transition metals and their derivations (oxides,carbides,nitrides,sulfides,etc),CNTs supported single atoms,composited with other carbon materials (graphene,porous carbon,carbon nanofibers) and self-standing electrodes based on CNTs.Finally,the prospect and the future research direction of CNTs-based ORR catalysts are also discussed.【期刊名称】《无机化学学报》【年(卷),期】2018(034)005【总页数】16页(P807-822)【关键词】碳纳米管;燃料电池;氧还原;非贵金属催化剂;复合;单原子【作者】王启晨;王璟;雷永鹏;陈志彦;宋垚;罗世彬【作者单位】中南大学,航空航天学院&轻质高强结构材料重点实验室,长沙410083;武汉科技大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室,武汉 430081;高性能陶瓷和超微结构国家重点实验室,上海 200050;国防科技大学理学院,长沙410073;中南大学,航空航天学院&轻质高强结构材料重点实验室,长沙 410083;国防科技大学基础教育学院,长沙 410073;中南林业科技大学材料科学与工程学院,长沙 410004;中南林业科技大学材料科学与工程学院,长沙 410004;中南大学,航空航天学院&轻质高强结构材料重点实验室,长沙 410083【正文语种】中文【中图分类】O6460 引言面对日益严重的能源危机和环境污染等一系列问题,迫切需要发展新型清洁、高效、安全的能源,这已成为全世界范围的共识。

碳纳米管对金属离子吸附

碳纳米管对金属离子吸附

碳纳米管对金属离子吸附引言:碳纳米管作为一种新型纳米材料,具有优异的力学、电学和化学性质,在各种领域得到广泛应用。

其中,碳纳米管对金属离子的吸附性能备受关注。

本文将从碳纳米管的结构特点、吸附机制和应用前景等方面,探讨碳纳米管对金属离子吸附的研究进展。

一、碳纳米管的结构特点碳纳米管是由碳原子构成的中空纳米管状结构,具有高比表面积和孔隙度的优势。

碳纳米管的结构特点使其具有较大的内部空腔,可以提供丰富的吸附位点,从而有利于金属离子的吸附。

二、碳纳米管对金属离子的吸附机制碳纳米管对金属离子的吸附机制主要包括吸附位点和吸附力的作用。

首先,碳纳米管的内部空腔和表面上的官能团可以提供丰富的吸附位点,使金属离子与碳纳米管发生相互作用。

其次,由于碳纳米管表面具有一定的电荷性质,可以通过静电相互作用吸附金属离子。

此外,π-π堆积、氢键和范德华力等相互作用也对金属离子的吸附起到重要作用。

三、碳纳米管对不同金属离子的吸附性能碳纳米管对不同金属离子的吸附性能存在差异。

研究表明,碳纳米管对一些重金属离子如铜离子、铅离子和镉离子具有较高的吸附能力。

这是因为这些金属离子在碳纳米管表面上可以形成较为稳定的络合物,从而实现有效的吸附。

此外,碳纳米管对一些放射性核素如铀离子和锕系元素离子也具有良好的吸附性能,这对于核废水的处理具有重要意义。

四、碳纳米管在环境治理中的应用前景碳纳米管在环境治理中具有广阔的应用前景。

首先,碳纳米管可以作为吸附剂用于水体中金属离子的去除,对于水体净化和废水处理具有重要意义。

其次,碳纳米管还可以用于土壤修复,吸附土壤中的重金属离子,减少其对植物和生态系统的危害。

此外,碳纳米管还可以应用于气体吸附和分离等方面,在空气污染治理和气体分离技术中具有潜在应用价值。

结论:碳纳米管作为一种新型纳米材料,对金属离子的吸附性能备受关注。

其结构特点和吸附机制使其能够有效吸附金属离子。

不同金属离子对碳纳米管的吸附性能存在差异,但其对重金属离子和放射性核素具有良好的吸附能力。

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附件2论文中英文摘要格式作者姓名:陈为论文题目:碳纳米管限域的金属纳米粒子的催化行为作者简介:陈为,男,1977年7 月出生,2003年9 月师从于中国科学院大连化学物理研究所包信和研究员,于2008年3 月获博士学位。

中文摘要随着石油价格的高涨及其资源的日益枯竭,迫使人们寻找新的清洁、可持续的能源替代产品。

以煤和天然气为资源经合成气催化转化成液体燃料是一种非常有应用前景的过程,对于保障我国能源安全及解决环境污染问题等都具有重大的经济和现实意义,发展高效催化合成气转化的催化剂显得越来越紧迫和重要。

碳纳米管自1991年被lijima发现以来,因其独特的结构和性能引起了人们极为广泛的关注,尤其是碳纳米管的纳米级管道为纳米粒子提供了准一维的限域环境。

本论文研究了碳管的限域环境对Fe/Fe2O3粒子的氧化还原性能的调变作用,以及这种限域效应对F-T合成反应性能的影响,取得了如下结果:1. 发展了高效的碳纳米管填充方法—湿法毛细诱导填充法尽管各种填充方法日趋成熟,然而现有的很多碳纳米管填充的复合体系并不适合于催化应用,如原位填充的金属及其化合物完全被密封在碳纳米管管腔中;熔融填充的金属纳米线或纳米棒严实地充满整个碳纳米管内腔,大部分金属并不能与外界接触;Green 等开创的湿化学填充法,尽管能得到颗粒状填充的过渡金属,但是这个方法对金属盐的消耗量较大,不适用于填充贵金属,并且无法准确定量。

这些填充方法的填充效率高低不一,并且其填充复合物的产量还不能够达到一般催化剂量的要求。

因此,发展一种适用于催化应用的普适性强的、高效的填充碳纳米管的方法,是实现碳纳米管的“管中催化”亟需解决的首要问题。

相对于其它填充碳纳米管方法,湿化学填充法简单,可得到颗粒状填充的过渡金属粒子。

我们针对湿化学填充碳纳米管的方法存在填充效率不高、不易准确定量的缺点,结合碳管本身的结构特点进行了改进,发展了湿法毛细诱导填充法。

主要步骤是:首先将碳纳米管端口打开,同时进行表面亲水性处理,使得碳管能够被溶液完全浸润;然后,利用强超声振荡下的空化作用,使碳管内的残余物能够扩散出来,从而含金属离子的溶液能够在毛细力作用下进入碳管管腔;最后,控制溶液的蒸发速率,金属离子在浓度差的驱动下,尽可能进入到碳管管腔中,之后加热使金属前驱物发生分解,得到金属氧化物填充的碳纳米管复合物。

这种方法适用于多种金属催化剂在碳纳米管中的填充,具有普适性。

TEM 显示80%以上的Fe2O3 纳米粒子都进入了碳管内腔。

这为充分利用碳纳米管所独有的准一维纳米环境及其限域效应,提高碳纳米管在催化领域中的应用水平,提供了技术支持。

2.发现了碳纳米管对限域的Fe/Fe2O3 氧化还原性能的调控效应许多研究发现碳纳米管内填充的物质在物理、化学等诸多性质上发生了改变。

然而,涉及到多相催化活性组分主体的金属(或氧化物)在碳管内的氧化还原性质的研究却鲜见报道。

在多相催化领域,催化剂活性组分的氧化还原性能及其化学稳定性对催化剂的活性、选择性以及在反应过程中的稳定性有着重要的影响。

碳纳米管可看作是石墨烯片以一定的曲率卷曲后,形成具有规整的纳米级管腔结构的碳材料。

卷曲过程造成了通常意义上的石墨结构中大n键发生畸变,使得n电子云由管内向管外偏移, 从而在管内外形成一个表观电势差,管内的电子云密度相对小于管外。

这样若将金属纳米粒子分散于碳管管腔内,其所处的电子环境将不同于碳管外壁,若金属粒子与碳管壁之间存在相互作用,就有可能修饰金属粒子的电子结构,并影响其氧化还原性能。

我们首次将长波长激光Raman光谱用于表征碳纳米管管腔内的金属氧化物纳米粒子。

这为研究限域于碳纳米管管腔中的纳米氧化物复合体系提供了一种有力的技术手段。

Raman光谱显示,限域的F62O3中Fe-O振动峰随碳管内径的减小而发生蓝移,表明了碳管管壁与F62O3 粒子之间越来越强的相互作用。

采用多种表征手段,研究了分别负载于管内外的Fe和Fe2O3的氧化还原性质,发现碳纳米管的限域环境对Fe/Fe2O3纳米粒子氧化还原性能具有调变作用。

通过原位加热HRTEM、原位XRD、原位拉曼和程序升温升温实验发现,内径为4-8 nm的碳纳米管内的Fe2O3粒子在600°C时即可被碳还原生成金属Fe,而碳管外粒子的还原温度为800°C。

且碳管内的Fe2O3 纳米粒子的还原温度随着碳管内径的减小而逐渐降低。

原位XRD 实验还发现,当还原剂为氢气,一氧化碳时,碳纳米管内的Fe2O3纳米粒子同样比管外粒子更容易还原。

我们采用原位拉曼和微天平对金属Fe在碳纳米管内外、活性碳、SiO2上以及SBA-15孔道中的氧化过程进行了对比研究,发现金属Fe发生氧化反应的顺序(由难到易)为:in side CNT > outside CNT 宀on-7(C> in side SBA 宀on S i即限域于碳管管道中的金属Fe的氧化反应滞后发生。

通过DFT理论计算,证实了碳纳米管内外的电势差可以造成碳管(i.d. 3 nm)内外的Fe2O3粒子的还原温度相差最大可达200° C,这与实验结果基本吻合3.证实了碳纳米管限域的Fe 催化剂对F-T 合成反应性能具有促进作用将碳纳米管限域的纳米金属Fe催化剂用于F-T合成反应,考察了碳管的限域作用对催化性能的影响。

通过对负载于碳纳米管内外的两种金属Fe催化剂Fe-in-CNT和Fe-out-CNT作对比研究,发现Fe-in-CNT的活性和C5+烃类产物时空收率均高于Fe-out-CNT。

我们在原位XRD的反应腔中,模拟真实F-T合成反应过程,发现碳管的限域作用提高了管内粒子的可还原性;切换到合成气气氛下,金属铁以及其它铁物种与合成气作用生成了活性组分碳化铁,碳管内的碳化铁物种的比例高于管外粒子;升高反应压力后,碳化铁物种的比例也几乎不变。

整个反应过程中碳管内的活性组分碳化铁始终保持着较高的比例,显示出较高的反应活性。

同时碳管管腔的空间限制作用也有利于碳链的增长,使得长链烃产物的选择性较高。

我们还将Rh-Mn纳米粒子组装到碳管管道内,用作合成气转化制C2含氧化合物反应过程的催化剂。

发现碳纳米管管腔对金属粒子具有空间限制效应,可限制粒子的进一步长大,从而保持反应活性稳定。

这对于结构敏感性反应,控制催化剂粒子大小提供了一种新思路。

同时为金属催化剂,尤其是贵金属经常面临的烧结问题提供了解决方案。

原位Raman实验表明,碳管内还原的催化剂吸附CO后,含有较多的倾斜式吸附的CO物种,有利于CO分子的解离和C2含氧化合物的生成,因此管内催化剂的C2含氧化合物的生成活性高于管外催化剂。

这类复合催化剂上所表现出的独特催化性能为碳管和金属纳米粒子体系的“协同限域效应”所致。

这给我们一个启示,可以利用碳纳米管的限域效应改善或者提高涉氢的多相催化反应的催化性能,因为这些催化反应中低价态的金属是反应的活性物种。

关键词:碳纳米管,催化,氧化铁,自还原,氧化还原,限域效应,碳化铁,F-T合成Catalytic behaviors of metal nanoparticles encapsulated inside carbonnanotubesChen WeiABSTRACTWith soaring oil prices and dwindling resources, it is urgent to screen out clean and sustainable fuel alternatives. The synthesis of liquid fuel based on Fischer-Tropsch (F-T) synthesis through coal or natural gas would be of significance to resolve the problems of the national energy-supply securityand environment protection. On the other hand, carbon nanotubes (CNTs) have been used as supports widely in catalysis due to their unique structure and properties since they were discovered by Iijima in 1991. In particular, the seamless nanochannels formed from graphene layers may provide a unique one-dimensional confinement environment for nanocatalystsand catalytic reactions. In this thesis, the influence of the confinement within CNTs on the structure and redox properties of encapsulatedFe/Fe2O3 nanoparticles, and further on catalytic performance has been investigated. In summary, we obtained the following results:1. We established a highly efficient method to introduce and disperse transition metal oxide particles into the CNT channels.Although extensive studies have been undertaken to introduce transition metal oxides into the CNT channels, most of as-formed composites are not applicable in catalysis. For example, the encapsulatedmetals through the in situ filling method are often isolated completely inside the nanotubes, which will be inaccessible to reactants in catalytic reactions. Melted salt method produces nanowires or nanorods generally that block the CNT channels. Although nanoparticles can be obtained inside CNTs through the wet chemistry method proposed by Green et al., it is inconvenient for controlling the metal loadings. Therefore, it is urgent to develop a universal and efficient method to fill CNTs.Based on the wet chemistry method, we refluxed CNTs in concentrated nitric acid to obtain open-end CNTs decorated by surface oxygen groups, then introduced the solution containing metal precursors into the CNT channels utilizing the capillary forces of CNTs aided by ultrasonication and stirring. Subsequent drying and heat treatment resulted in CNT-encapsulated transition metal oxide nanoparticles.TEM showed that over 80% nanoparticles were located inside the CNT channels. These processesare applicable to many other metals and metal oxides and thus provide the basis for further experimental studies of the CNT confinement in catalysis.2. We reported that the encapsulation within CNT nanochannels had a significant influence on the redox properties of iron and iron oxide.Many studies have shown the unusual physiochemical properties of encapsulatedtransition metal nanoparticles inside CNTs, however, there is a lack of knowledge the redox behaviors and chemical stability of the encapsulated transition metals, which are essential for the applications in catalysis.23Deviation from planarity causes rehybridization to become intermediate between spand sp in the graphe ne layers, and as a result n electr on den sity is shifted from the con cave inner to the convex outer surface of CNTs. Thus the interior surface becomes electron-deficient while the outer surface becomes electron-enriched. When a transition metal is placed in the CNT interior, it should interact with the grapheme surface in a different way from that located on the CNT exterior.The interaction of the confined iron oxide with CNTs was characterized by Raman spectroscopy. Fe-O band was blue-shifted when the Fe2O3 particles were moved from the exterior to the interior of CNTs. It further blue-shifted when the inner diameter became smaller. It implied the presence of an interaction of the Fe2O3 particles with the inner CNT surface. Furthermore, this interaction becomes stronger within smaller CNTs.Characterization by in situ HRTEM, in situ XRD, in situ Raman spectroscopy and temperature-programmedreaction revealed that Fe2O3 nanoparticles confined inside CNTs (inner diameter 4 —nm) were reduced by carb on to metallic iron at 600 °C while the reducti on temperature of the outside iron oxide was 800 C. Interesti°ngly, the reduction temperature of the confined Fe2O3 decreased with the smaller inner diameter of CNTs. It showed that CNT-confined Fe2O3 were also easier reduced in H2and CO atmosphere compared to outer F2eO3.Oxidation of CNT-confined metallic Fe particles was found to be retarded in comparison to that of outer Fe particles, as shown by in situ XRD and gravimetric measurements with an online microbalance. The oxidation temperatureof Fe particles decreasedin the following order: insideCNT > outside CNT ~on XC-72 > in side SBA ~ on SiODFT theoretical studies indicated that the potential energy inside nanotubes was lower than that outside CNTs, which could lead to a lower reduction temperature. It agreed well with experimental results.3. We found the effect of the confinement within CNTs could improve the activity of F-T synthesis reaction.The Fe catalyst confined inside the CNTs shows better catalytic performance compared to that dispersed on the outer walls of CNTs. The CO conversion and yield of C5+ hydrocarbons over the encapsulated iron catalyst were higher than that on the outer iron catalyst. This was confirmed by in situ XRD characterization when iron was exposed to syngas under FTS conditions. TheCNT-confined iron catalyst exhibited an obviously higher iron carbide/iron oxide ratio in comparisonto the outside catalyst. This was due to the interaction of metallic iron with dissociated CO. The improved reducibility favored formation of more iron carbides, which is responsible for the higher activity over the CNT-confined iron catalyst. The CNT channels are also beneficial for the chain growth of the intermediates, leading to a higher selectivity to longer chain hydrocarbons C5+.A bicomponent RhMn catalyst was introduced into the CNT channels for synthesis C2 oxygenates from syngas. A remarkable enhancement of the catalytic activity was observed compared to the catalyst with RhMn dispersed on the CNT exterior surfaces. Characterization of the catalysts with TEM showed that the channels of CNTs had space restriction on RhMn catalysts, which effectively prevented the sintering of metal particles during the reaction. Raman characterization of the CO-adsorbed catalysts indicated that the activation of CO was likely modified inside CNTs. CO tend to adsorb in a titled form on RhMn catalyst confined in CNTs due to the electron-deficient interior surface of CNTs, which facilitates the dissociation of CO and the formation of C2 oxygenates.The enhanced activities on CNT-confined catalysts are due to the synergetic confinement inside CNTs. This provides a novel approach to tune the catalytic behaviors of metal catalysts for the involving hydrogen reactions, which are sensitive to the electronic state of the active components.Key words: Carbon nanotubes, catalysis, iron oxide, autoreduction, redox,confinement effect, iron carbide, F-T synthesis。

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