非贵金属-氮-碳纳米材料在类酶催化和电催化中的构效关系研究

发布时间：2024-03-17 11:15

　　非贵金属-氮-碳(M-N-C)纳米材料价格低廉、活性和耐受性好,在能源存储与转换、环境保护与催化、医疗诊断与分析检测等领域具有广泛的应用前景。但复杂的结构组成和活性位点的不确定性制约其进一步开发,因此,在原子尺度上深入理解纳米材料与催化反应之间的本质有利于精确设计高效M-N-C催化剂。本论文以构建M-N-C纳米材料与不同类酶催化和电催化反应之间的构效关系为研究出发点,根据不同的催化反应类型来设计相应的金属中心和配位环境,显著提升M-N-C催化剂性能并揭示不同催化反应本质。(1)研究了不同M-N-C催化剂组成与纳米酶活性之间的构效关系,详细探讨了具有不同金属位点和不同配位数的M-N-C纳米材料与其类氧化酶活性的结构依赖机制,筛选出具有Fe-N₃结构的Fe-N-C催化剂用作优异的类氧化物酶;(2)研究了不同结构Mo-N-C单原子催化剂与其纳米酶特异性之间的构效关系,合成具有Mo-N₃位点的单原子催化剂(Mo-SAC)用作高效特异性的类过氧化物单原子纳米酶,弥补了纳米酶与天然酶在特异性上的差距;(3)研究了Fe-N-C催化剂结构与电催化氮气还原反应...

【文章页数】：169 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
内容提要
中文摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 非贵金属-氮-碳纳米材料
        1.1.1 非贵金属-氮-碳纳米材料概述
        1.1.2 非贵金属-氮-碳纳米材料的制备
        1.1.3 非贵金属-氮-碳纳米材料的活性位点识别
    1.2 非贵金属-氮-碳纳米材料在类酶催化反应中的研究进展
        1.2.1 M-N-C纳米材料用作类过氧化物纳米酶
        1.2.2 M-N-C纳米材料用作类氧化物、类过氧化氢、类超氧化物歧化纳米酶
    1.3 非贵金属-氮-碳纳米材料在电催化反应中的研究进展
        1.3.1 M-N-C纳米材料在电催化氮气还原中的研究进展
        1.3.2 M-N-C纳米材料在电催化二氧化碳还原中的研究进展
    1.4 本论文的研究目的和主要内容
第二章 M-N-C组成与其类氧化物酶活性构效关系的建立
    2.1 引言
    2.2 实验方法
        2.2.1 实验原料
        2.2.2 仪器表征
        2.2.3 催化剂制备
        2.2.4 M-N-C纳米材料的类氧化物酶活性测定和稳态动力学分析
        2.2.5 比色法检测谷胱甘肽
        2.2.6 理论计算方法
    2.3 结果和讨论
    2.4 本章小结
第三章 Mo-N-C单原子催化剂组成与其类过氧化物酶特异性构效关系的建立
    3.1 引言
    3.2 实验方法
        3.2.1 实验原料
        3.2.2 仪器表征
        3.2.3 催化剂制备
        3.2.4 Mo-SAC纳米材料的类过氧化物酶活性测定和稳态动力学分析
        3.2.5 电化学法检测过氧化氢
        3.2.6 比色检测黄嘌呤
        3.2.7 理论计算方法
    3.3 结果和讨论
    3.4 本章小结
第四章 Fe-N-C中的Fe-N₃活性位高效催化常温常压下氮气电化学还原
    4.1 引言
    4.2 实验方法
        4.2.1 实验原料
        4.2.2 仪器表征
        4.2.3 催化剂制备
        4.2.4 电催化氮气还原测试
        4.2.5 电催化NRR产物检测方法
        4.2.6 评定氨污染对照实验
        4.2.7 NRR性能评估计算公式
        4.2.8 理论计算方法
    4.3 结果和讨论
    4.4 本章小结
第五章 Ni-N-C中的单原子位点和碳包裹纳米颗粒协同用于二氧化碳电化学还原
    5.1 引言
    5.2 实验方法
        5.2.1 实验原料
        5.2.2 仪器表征
        5.2.3 催化剂制备
        5.2.4 电催化CO₂RR测试
        5.2.5 理论计算方法
    5.3 结果和讨论
    5.4 本章小结
第六章 本文结论
参考文献
作者简介及攻读博士学位期间的科研成果
致谢



本文编号：3930948