ni(pph3)2cl2@c纳米材料的合成表征及应用研究【字数：7480】
近年来，碳基材料特别是过渡金属镍负载的碳纳米材料因原料含量丰富、价格比较便宜、催化活性优秀等诸多优点，引起了人们的广泛关注。它可以应用于电化学析氢反应(HER)、析氧反应(OER)、CO2还原反应以及有机催化等诸多领域。然而，传统的镍基碳纳米催化剂的制备过程比较繁琐，急需开发一种简洁、高效的合成方法。本文利用浸渍法将Ni(PPh3)2Cl2负载于经济易得的Vulcan XC72R，通过高温碳化制备一种高效的镍基碳纳米催化剂。它可以高效地催化析氢反应，并且可以催化芳香醇与硝基苯化合物的N-烷基化反应。
目录
1. 绪论 1
1.1引言 1
1.2非贵过渡金属纳米催化剂在电催化领域的应用 1
1.3非贵过渡金属纳米催化剂在有机催化领域的应用 3
1.4总结与展望 5
2 .Ni(PPh3)2Cl2@C的合成 6
2.1实验仪器和药品 6
2.2催化剂的制备 7
3.Ni(PPh3)2Cl2@C的表征 9
3.1扫描电镜（SEM) 9
3.2 XPS测试 10
3.3 XRD测试 12
4. Ni(PPh3)2Cl2@C的应用研究 13
4.1电催化 13
4.2有机催化 16
5.结论 21
6.参考文献 22
7.致谢 25
8.附录：部分N烷基化产物的核磁氢谱 26
化合物3a的核磁氢谱: 26
化合物3b的核磁氢谱: 26
化合物3c的核磁氢谱: 27
化合物3f的核磁氢谱: 27
1.绪论
1.1引言
在制药工业、石油化工和环境保护等重要化工领域中催化剂的应用十分广泛。由统计数据可知，催化剂至少参与90%的化工过程[1]。当前人类社会正在面临能源匮乏和严重的环境污染等问题，催化剂将会应用在更多的领域，同时也是解决这些问题的重要发展方向之一[2]。
目前工业过程中催化性能比较好的的大多数都是贵金属催化剂。贵金属催化剂一般来说是指铑、钯、铂、钌、银等金属及其氧化物作为催化剂的活性组 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
分，其中应用最为广泛是铂、钯这两种[3]。贵金属和其氧化物中的d层电子轨道没有被填满，反应物会被吸附在表面上，非常有利于中间产物的生成，因此催化性能会表现的比其他物质优秀。此外，贵金属元素因其特有的化学性质使贵金属催化剂表现出了非常优异的催化活性和稳定性[4]，被广泛应用在催化加氢、裂化、氧化等反应中[5]。然而贵金属催化剂在非常高的温度下有时会烧结，烧结后升华从而导致活性组分减少，催化活性也会因此降低。同时贵金属催化剂在自然界比较匮乏而且价格非常昂贵，在工业应用上一直存在着极大的限制。
为了解决这些问题科研人员将目光移到了其他催化剂方面，特别是非贵过渡金属纳米催化剂上。从已经有的实验报告中可以得知，非贵过渡金属纳米催化剂在析氢、析氧反应中展现出了非常优秀的催化效率和选择性。非贵过渡金属催化剂相较贵金属催化剂而言储量非常丰富，而且价格非常便宜同时也易于获得，有非常大的发展潜力[6]。将金属活性组用物理化学方法负载到载体上，金属活性组分的利用率将会被提高很大，同时对催化剂的稳定性也有着促进作用，这会使孔道结构和机械强度最为合适。非贵过渡金属催化剂在电催化和有机催化中展现了非常高效的催化活性，有极大的可能打破贵金属催化剂的在电催化和有机催化领域的统治[78]。
1.2非贵过渡金属纳米催化剂在电催化领域的应用
如图一所示，郑海燕通过用水热法成功地片状组装了3D花状结构含镍化合物的可控制备，采用低温磷化的处理方式，其被成功地转化为多孔片状组装成的Ni2P。通过这种方法催化剂与电解液的接触面积将会增大，能够提高质子和电子的传输能力，电催化性能将会因此提升。无论是在酸性还是碱性电解液中，3D花状结构磷化镍催化剂都表现出电催化活性的增强[9]。虽说该3D花状结构磷化镍催化剂在测试中展现出优异的性能，但同时也暴露出这种制备方法花费时间长，操作复杂的缺点。
/
图一：溶剂热法制备Ni2P的示意图
罗佳娴采用简单的水热法和低温磷化成功的制备了二维片状的CoP，并且CoP直接在Nifoam基底表面上生长。在电化学测试中，CoP/Ni 表现出优异的氢析催化性能，在析氢催化领域很有可能取代Pt金属。（图二）[10]。
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图二：CoP/Ni的合成
吕佳丽等人曾经用微波法来制备氧化镍纳米颗粒，并对样品进行SEM和EDS表征，样品表征如图三所示。从标征数据可以看出，以此方法制备的氧化镍样品呈现小粒子状，粒子尺寸较为均匀，表面光滑无其他杂质，分散性良好[11]。同时也研究了该样品的电化学性能和循环寿命，得出了非常喜人的结论：电化学性能优越、循环寿命长。
/
图三： a氧化镍的SEM图片 b氧化镍的EDS图谱
黄超等人通过水热法将铁、钴等纳米粒子负载在多壁碳纳米管的表面上，比较这几种材料的电化学性能，发现Co@CNT的的性能最好。之后对其合成过程进行优化，获得了性能更加好的Co@CNT。然后制备碳纳米管负载纳米钴修饰玻碳电极，在碱性条件下做分析测试。实验结果表明，负载在石墨烯上对电池性能有着明显的提高，Co/N@CNT在碱性溶液中表现出非常好的电催化效率。当碱性溶液改变时，Co/N@CNT在电极电位改变后的KouteckyLevich曲线成线性，同时斜率保基本保持不变[12]。
1.3非贵过渡金属纳米催化剂在有机催化领域的应用
非贵过渡金属纳米催化剂在N烷基化反应中也有着优秀的催化作用。在N烷基化反应中将醇作为还原和烷基化试剂，一部分氢转移催化剂被应用在硝基芳烃合成亚胺、仲胺和叔胺反应中[13]。N烷基化反应是一类特别重要的有机化合物，在制药及农用化学等领域中应用十分广泛[14]。N烷基取代胺的合成反应一般有下面几种：烷基卤化物和胺进行烷基化反应[15]、酮和醛进行直接还原胺化反应[16]、不饱和的烃和胺进行还原胺化反应等[17]。
目录
1. 绪论 1
1.1引言 1
1.2非贵过渡金属纳米催化剂在电催化领域的应用 1
1.3非贵过渡金属纳米催化剂在有机催化领域的应用 3
1.4总结与展望 5
2 .Ni(PPh3)2Cl2@C的合成 6
2.1实验仪器和药品 6
2.2催化剂的制备 7
3.Ni(PPh3)2Cl2@C的表征 9
3.1扫描电镜（SEM) 9
3.2 XPS测试 10
3.3 XRD测试 12
4. Ni(PPh3)2Cl2@C的应用研究 13
4.1电催化 13
4.2有机催化 16
5.结论 21
6.参考文献 22
7.致谢 25
8.附录：部分N烷基化产物的核磁氢谱 26
化合物3a的核磁氢谱: 26
化合物3b的核磁氢谱: 26
化合物3c的核磁氢谱: 27
化合物3f的核磁氢谱: 27
1.绪论
1.1引言
在制药工业、石油化工和环境保护等重要化工领域中催化剂的应用十分广泛。由统计数据可知，催化剂至少参与90%的化工过程[1]。当前人类社会正在面临能源匮乏和严重的环境污染等问题，催化剂将会应用在更多的领域，同时也是解决这些问题的重要发展方向之一[2]。
目前工业过程中催化性能比较好的的大多数都是贵金属催化剂。贵金属催化剂一般来说是指铑、钯、铂、钌、银等金属及其氧化物作为催化剂的活性组 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
分，其中应用最为广泛是铂、钯这两种[3]。贵金属和其氧化物中的d层电子轨道没有被填满，反应物会被吸附在表面上，非常有利于中间产物的生成，因此催化性能会表现的比其他物质优秀。此外，贵金属元素因其特有的化学性质使贵金属催化剂表现出了非常优异的催化活性和稳定性[4]，被广泛应用在催化加氢、裂化、氧化等反应中[5]。然而贵金属催化剂在非常高的温度下有时会烧结，烧结后升华从而导致活性组分减少，催化活性也会因此降低。同时贵金属催化剂在自然界比较匮乏而且价格非常昂贵，在工业应用上一直存在着极大的限制。
为了解决这些问题科研人员将目光移到了其他催化剂方面，特别是非贵过渡金属纳米催化剂上。从已经有的实验报告中可以得知，非贵过渡金属纳米催化剂在析氢、析氧反应中展现出了非常优秀的催化效率和选择性。非贵过渡金属催化剂相较贵金属催化剂而言储量非常丰富，而且价格非常便宜同时也易于获得，有非常大的发展潜力[6]。将金属活性组用物理化学方法负载到载体上，金属活性组分的利用率将会被提高很大，同时对催化剂的稳定性也有着促进作用，这会使孔道结构和机械强度最为合适。非贵过渡金属催化剂在电催化和有机催化中展现了非常高效的催化活性，有极大的可能打破贵金属催化剂的在电催化和有机催化领域的统治[78]。
1.2非贵过渡金属纳米催化剂在电催化领域的应用
如图一所示，郑海燕通过用水热法成功地片状组装了3D花状结构含镍化合物的可控制备，采用低温磷化的处理方式，其被成功地转化为多孔片状组装成的Ni2P。通过这种方法催化剂与电解液的接触面积将会增大，能够提高质子和电子的传输能力，电催化性能将会因此提升。无论是在酸性还是碱性电解液中，3D花状结构磷化镍催化剂都表现出电催化活性的增强[9]。虽说该3D花状结构磷化镍催化剂在测试中展现出优异的性能，但同时也暴露出这种制备方法花费时间长，操作复杂的缺点。
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图一：溶剂热法制备Ni2P的示意图
罗佳娴采用简单的水热法和低温磷化成功的制备了二维片状的CoP，并且CoP直接在Nifoam基底表面上生长。在电化学测试中，CoP/Ni 表现出优异的氢析催化性能，在析氢催化领域很有可能取代Pt金属。（图二）[10]。
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图二：CoP/Ni的合成
吕佳丽等人曾经用微波法来制备氧化镍纳米颗粒，并对样品进行SEM和EDS表征，样品表征如图三所示。从标征数据可以看出，以此方法制备的氧化镍样品呈现小粒子状，粒子尺寸较为均匀，表面光滑无其他杂质，分散性良好[11]。同时也研究了该样品的电化学性能和循环寿命，得出了非常喜人的结论：电化学性能优越、循环寿命长。
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图三： a氧化镍的SEM图片 b氧化镍的EDS图谱
黄超等人通过水热法将铁、钴等纳米粒子负载在多壁碳纳米管的表面上，比较这几种材料的电化学性能，发现Co@CNT的的性能最好。之后对其合成过程进行优化，获得了性能更加好的Co@CNT。然后制备碳纳米管负载纳米钴修饰玻碳电极，在碱性条件下做分析测试。实验结果表明，负载在石墨烯上对电池性能有着明显的提高，Co/N@CNT在碱性溶液中表现出非常好的电催化效率。当碱性溶液改变时，Co/N@CNT在电极电位改变后的KouteckyLevich曲线成线性，同时斜率保基本保持不变[12]。
1.3非贵过渡金属纳米催化剂在有机催化领域的应用
非贵过渡金属纳米催化剂在N烷基化反应中也有着优秀的催化作用。在N烷基化反应中将醇作为还原和烷基化试剂，一部分氢转移催化剂被应用在硝基芳烃合成亚胺、仲胺和叔胺反应中[13]。N烷基化反应是一类特别重要的有机化合物，在制药及农用化学等领域中应用十分广泛[14]。N烷基取代胺的合成反应一般有下面几种：烷基卤化物和胺进行烷基化反应[15]、酮和醛进行直接还原胺化反应[16]、不饱和的烃和胺进行还原胺化反应等[17]。
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