新型复合催化材料的制备与应用

　　《新型复合催化材料的制备与应用》内容涉及复合催化材料的制备、表征与性能，主要介绍复合催化材料新研究进展，掺杂过渡金属氧化物如V2O5、MnOx、Co3O4等与TiO2、Al2O3、堇青石载体所构成的复合材料对环境污染物——气相含氯有机污染物的催化燃烧作用，以及新型氧化亚铜/铜/TiO2纳米管阵列复合材料、硒化锑/TiO2纳米管阵列复合材料、偏铝酸银/TiO2的制备、表征及降解甲醛性能等内容。本书内容对复合催化材料的学术研究、理论探索、应用推广具有重要的参考价值。 本书可供从事环境材料或功能材料研究与应用的科技工作者参考，也可作为高等院校材料、化学、环境、化工等相关专业高年级本科生和研究生的教学参考书。

　　唐爱东，中南大学化学化工学院，博士，副教授，硕士生导师，研究领域是新型纳米复合材料的设计与开发。工作学习经历： 2014.3—2015.3 Queensland University（澳大利亚昆士兰大学） 访问学者 2003.6—2015.3 中南大学化学化工学院 副教授 2002.9：2006.12 中南大学化学化工学院 应用化学 博士 1996.9—1999.6 中南大学化学化工学院 应用化学 硕士 1988.9—1992.6 中南工业大学化学系 冶金物理化学 学士主要研究工作的科学性与应用性归纳如下： 制备了多种类型纳米复合材料，为催化材料的设计、制备与表征提供了新的方法，有望在生物传感、节能减排、尾气治理进一步推广使用。制备了V2O5 /TiO2 ， V2O5/WO3/TiO2， WO3/TiO2复合催化剂和VOx–WOy/TiO2-凹凸棒石复合催化剂，其对气相邻二氯苯的催化降解率可达90%以上。研究了不同颗粒尺寸与形貌的Cu2O的可控制备方法，研究了其光催化降解甲基橙溶液的性能，获得了规律性的认识，Cu2O纳米颗粒作为光催化剂用于降解甲基橙以及本文提出的电化学方法和用CTAB控制纳米Cu2O的尺寸等方法均为其他研究者提供了有用的参考；制备了新型的Cu2O/TiO2 及Cu-Cu2O/TiO2纳米管陈列复合材料，催化氧化葡萄糖性能优异，非酶葡萄糖传感器线性范围较宽、灵敏高、检测限较低、对葡萄糖的响应快速，是一类性能优良的葡萄糖电催化氧化复合材料，为新型葡萄糖传感器的开发提供了新的思路。主要研究经历与成就： 在复合功能材料、掺杂改性纳米材料的制备、表征以及光催化性能研究方面做了大量工作，先后采用水热/溶剂热法、化学共沉淀法、溶胶-凝胶法、电化学方法制备了Cu2O、CoO、TiO2、WO3/TiO2、Sb/SnO2等纳米材料，先后主持国家自然科学基金1项、国家科技支撑计划1项；主持九项企业合作科研项目，已发表学术论文60 余篇，在Energy & Environmental Science， Biosensors and Bioelectronics，ACS Application Materials & Interfaces等国际刊物发表的论文，被Advanced Powder Technology等期刊多次正面引用；合作编写一本专著《硅酸盐矿物精细化加工基础与技术》本人撰写22万余字；申请国家发明专利27项，获省部级科技进步一、二、三等奖各1项（排名第2）。

第1章绪论1
1．1催化燃烧气相含氯有机污染物催化材料的研究进展1
1．1．1引言1
1．1．2催化剂活性组分1
1．1．3催化剂载体5
1．2二氧化钛催化剂的制备及晶型调控技术的研究进展6
1．2．1引言7
1．2．2二氧化钛催化剂结构及二氧化钛催化剂晶型转变特点7
1．2．3二氧化钛催化剂多晶之间的协同作用7
1．2．4二氧化钛催化剂晶型转变的调控技术8
1．2．5二氧化钛催化剂掺杂改性的计算模拟与展望11
1．3新型铜基二氧化钛纳米管阵列传感器11
1．3．1非酶葡萄糖传感器的研究进展11
1．3．2TiO2纳米管阵列研究现状14
1．3．3铜基/TiO2纳米管阵列复合材料的制备方法18
1．3．4展望20
参考文献20
第2章催化反应器的设计及气相二英类含氯有机污染物的检测29
2．1二英类污染物概述及其治理研究进展29
2．1．1引言29
2．1．2二英类含氯有机污染物29
2．1．3二英与模拟物邻二氯苯的关系30
2．1．4二英类含Cl有机污染物的消除方法30
2．1．5存在的问题与解决方案32
2．2催化燃烧反应器的设计与探索32
2．2．1引言32
2．2．2催化反应器的设计33
2．2．3模拟气发生模型与反应器设计理论基础33
2．2．4催化反应器的结构组成35
2．2．5邻二氯苯的检测与采样方法的探索35
2．2．6催化反应器工艺参数的确定38
2．3扩试用催化反应器的设计与应用研究41
2．3．1引言41
2．3．2实验方法42
2．3．3实验部分42
2．3．4评价加入黏结剂的催化剂对邻二氯苯的催化效率的影响45
参考文献46
第3章复合催化剂的制备及催化燃烧性能49
3．1引言49
3．2V2O5/VOSO4系列催化剂的制备及催化性能50
3．2．1概述50
3．2．2催化剂的制备及其表征50
3．2．3催化剂的表征51
3．2．4催化剂的催化性能54
3．3新型锰钛催化剂的制备及催化性能56
3．3．1引言56
3．3．2锰钛催化剂的制备57
3．3．3锰钛催化剂的催化性能59
3．3．4锰钛催化剂的表征61
3．4新型铬锰催化剂的制备及催化性能66
3．4．1铬锰催化剂的概述66
3．4．2铬锰催化剂的制备66
3．4．3铬锰催化剂的催化性能68
3．4．4铬锰催化剂的表征69
参考文献73
第4章催化剂中活性物质与载体相互作用研究75
4．1引言75
4．1．1CVOC的性质及来源75
4．1．2CVOC的催化剂体系76
4．1．3过渡金属氧化物催化剂研究进展77
4．1．4活性物质与载体的相互作用研究进展80
4．2TiO2-SiO2载体及V2O5-WO3/TiO2-SiO2催化剂的制备与表征82
4．2．1引言82
4．2．2SiO2-TiO2载体及V2O5-WO3/TiO2-SiO2催化剂的制备82
4．2．3SiO2含量对TiO2-SiO2载体结构的影响84
4．2．4SiO2含量对V2O5-WO3/TiO2-SiO2催化剂催化性能的影响87
4．2．5载体的制备方法对催化剂结构的影响88
4．3负载于不同载体MnOx-CeO2催化剂的制备、表征与催化性能93
4．3．1引言93
4．3．2MnOx-CeO2催化剂的制备与表征方法93
4．3．3MnOx-CeO2催化剂的催化性能95
4．3．4MnOx-CeO2催化剂的表征96
4．3．5Mn/Ce摩尔比对催化剂结构与性能的影响100
4．3．6掺Co对MnOx-CeO2催化剂催化性能影响104
参考文献107
第5章钒钛催化剂漫反射光谱研究及成型与应用研究111
5．1引言111
5．2WO3-V2O5/TiO2催化剂的制备与漫反射光谱研究112
5．2．1概述112
5．2．2催化剂制备112
5．2．3催化性能113
5．2．4催化剂表征114
5．2．5漫反射紫外光谱研究催化剂的表面结构119
5．3催化剂成型与应用研究125
5．3．1引言125
5．3．2不同方法负载钨钒钛催化剂对催化氧化邻二氯苯的影响129
5．4钢铁工业锅炉末端尾气净化用催化剂的生产试制133
5．4．1引言133
5．4．2实验部分134
5．4．3结果与讨论135
参考文献139
第6章V-Cu/TiO2、Cu-Mn/堇青石催化剂的制备与表征142
6．1引言142
6．1．1TiO2载体142
6．1．2堇青石载体143
6．2钒铜催化剂的制备和催化燃烧性能研究144
6．2．1引言144
6．2．2实验部分145
6．2．3V-Cu催化剂的表征146
6．2．4V-Cu/TiO2催化剂的表征147
6．3锰基/堇青石催化剂的制备及其对气相邻二氯苯的催化燃烧性能154
6．3．1引言154
6．3．2实验部分155
6．3．3实验结果与讨论157
参考文献163
第7章过渡金属复合氧化物催化剂的制备及表征166
7．1引言166
7．1．1催化氧化含氯有机物的催化剂概况167
7．1．2过渡金属氧化物催化氧化机理172
7．1．3过渡金属氧化物催化剂的制备方法173
7．2Co3O4-CeO2催化剂的制备表征及性能研究175
7．2．1引言175
7．2．2实验部分176
7．2．3结果与讨论179
7．3MnOx-MyOz催化剂的制备及其性能研究185
7．3．1引言185
7．3．2实验部分185
7．3．3结果与讨论187
7．4MOx/TiO2(M=Mn、Fe) 催化剂的制备及其性能研究194
7．4．1引言194
7．4．2实验部分195
7．4．3结果与讨论197
参考文献206
第8章负载型过渡金属氧化物催化剂的制备与性能211
8．1引言211
8．1．1二英的特点、污染现状及治理措施211
8．1．2催化剂常用制备方法213
8．1．3催化燃烧催化剂研究进展215
8．1．4催化剂中毒218
8．2新型钒钛催化剂的制备及其氯苯催化燃烧性能研究220
8．2．1引言220
8．2．2试验部分221
8．2．3结果与讨论223
8．3铁锰钛催化剂制备工艺对其结构及催化燃烧性能影响230
8．3．1引言230
8．3．2试验部分230
8．3．3结果与讨论232
8．4FeOx/TiO2制备及催化燃烧邻二氯苯性能研究241
8．4．1引言241
8．4．2试验部分241
8．4．3结果与讨论242
参考文献247
第9章铜基二氧化钛纳米管阵列的制备与电催化性能251
9．1二氧化钛纳米管阵列的制备251
9．1．1引言251
9．1．2实验部分251
9．1．3结果与讨论252
9．2Cu2O/TiO2纳米管阵列非酶葡萄糖传感器研究255
9．2．1引言255
9．2．2实验部分256
9．2．3制备条件对Cu2O/TNTs形貌、组成及对葡萄糖电催化性能的影响257
9．2．4XRD、SEM、TEM分析260
9．2．5Cu2O/TNTs电催化氧化葡萄糖性能262
9．2．6Cu2O/TNTs电极电化学传感性能264
9．2．7Cu2O/TNTs电催化葡萄糖机理研究266
9．3Cu-Cu2O/TiO2纳米管阵列非酶葡萄糖传感器研究267
9．3．1引言267
9．3．2实验部分268
9．3．3Cu-Cu2O/TNTs复合材料的表征269
9．3．4Cu-Cu2O/TNTs的非酶葡萄糖传感性能276
9．3．5Cu-Cu2O/TNTs非酶葡萄糖传感性能比较和氧化过程分析279
9．4片状Cu2O/TiO2纳米管阵列有效提高H2O2传感性能281
9．4．1引言281
9．4．2实验部分282
9．4．3结果与讨论283
参考文献288
第10章Sb2Se3及Sb2Se3/TiO2复合材料的制备及催化性能294
10．1富锑Sb2Se3的制备及催化加氢性能294
10．1．1引言294
10．1．2实验部分295
10．1．3结果与讨论296
10．2Sb2Se3/TiO2纳米管阵列复合材料的制备及催化加氢性能302
10．2．1引言302
10．2．2催化材料的制备与表征方法303
10．2．3结果与讨论303
10．3Sb2Se3敏化TiO2纳米管增强光电性能及拉曼活性309
10．3．1引言309
10．3．2实验部分310
10．3．3结果与讨论311
10．4脉冲电沉积法构建新型空间立体纳米结构Sb2Se3敏化TiO2纳米管阵列增强光电性能314
10．4．1引言314
10．4．2实验部分315
10．4．3结果与讨论316
参考文献323
第11章Cu2O、AgAlO2/TiO2的制备及可见光催化性能328
11．1引言328
11．1．1半导体光催化研究概述329
11．1．2新型半导体光催化材料的研究进展334
11．1．3展望336
11．2Cu2O的室温液相法合成及光催化性能337
11．2．1引言337
11．2．2实验337
11．2．3结果与讨论338
11．3AgAlO2/TiO2异质结光催化剂的制备及性能研究341
11．3．1引言341
11．3．2实验部分341
11．3．3AgAlO2/TiO2的表征343
11．3．4AgAlO2/TiO2的光催化活性研究347
参考文献349