Pt金属纳米结构薄膜的制备及其电催化和原位红外光谱研究

摘要

纳米粒子的实际应用总是离不开对其进行组装，以形成特定结构的薄膜。不同结构的纳米粒子薄膜经常表现出不同的特性，而且也表现出单个纳米粒子所不具备的一些性质。如本研究组发现小分子(如SCN-、CO)吸附在Pt族金属及其合金纳米结构薄膜上的异常红外效应(AIREs)，而在单个纳米粒子上却表现为正常的红外吸收。因此，纳米结构薄膜的制备及其性质研究是纳米科技发展的重要组成部分。 本文主要的目的是发展不同的方法制备Pt金属纳米粒子以及有序纳米结构薄膜，研究甲醇、CO的电氧化行为，并利用电化学原位红外光谱技术(in-situFTIRs)系统地研究纳米粒子、纳米薄膜结构以及基底与异常红外效应(AIREs)的关系，为深入认识AIREs的本质提供了丰富的实验数据。本工作主要涉及以下研究内容：(1)以表面覆盖SiO2纳米粒子薄膜的铂碳(GC)电极为基底，采用电沉积的方法，得到多种Pt纳米结构薄膜。薄膜的结构可以通过改变电极表面SiO2覆盖层的厚度、电解液的组成以及电沉积技术来控制。(2)以SiO2有序阵列为模板，采用溅射的方法，制备了SiO2/Pt核壳结构有序阵列以及Pt空壳有序阵列。(3)发展了一种在液—液和液—气界面组装亲水纳米粒子的方法，制备了多种不同结构的纳米粒子薄膜(Pt、Au/Pt、Ag、Au、SiO2)。(4)研究了电沉积法制备的叶状Pt纳米结构薄膜，和化学法合成的SiO2/Pt核壳结构纳米粒子对CO和甲醇的电氧化性能，并通过电化学交流阻抗(EIS)技术研究了甲醇在不同研究电位下的动力学行为。(5)in-situFTIRs研究发现：吸附CO的红外吸收行为与纳米粒子本身的结构以及纳米粒子薄膜结构有关，纳米粒子之间的相互作用可以使吸附态CO的吸收峰从正常红外吸收到类Fano吸收或到异常红外吸收转变；纳米粒子表面上吸附态CO的红外吸收行为也与基底的材质有关，不同的基底上，吸附态CO的红外吸收峰的峰位以及峰位随电位的变化规律不同，而且，对于较薄的粒子膜，基底在某种程度上还可以影响吸收峰的方向，但并不能完全改变吸收峰的方向。可见，AIREs是纳米材料本身所具有的一种特殊光学性质。 本研究结果对于发展纳米结构薄膜的制备方法，深入认识纳米粒子结构、纳米薄膜结构与其性能的关系具有十分重要的意义。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1引言

1.2纳米结构薄膜材料的制备方法

1.3吸附CO的红外光谱研究

1.4本报告的研究目的和设想

参考文献

第二章实验

2.1试剂

2.2实验仪器

2.3纳米微粒及其纳米结构薄膜的制备

2.4电化学实验

2.5电化学原位红外反射光谱实验

参考文献

第三章SiO2薄膜为模板制备Pt纳米结构薄膜及其性质研究

3.1电沉积制备Pt纳米结构薄膜

3.1.1“分步法”

3.1.2“混合法”

3.1.3 SiO2薄膜在电沉积的作用

3.1.4叶状Pt纳米结构薄膜的电催化研究

3.2溅射法制备Pt纳米结构薄膜

3.2.1有序二氧化硅微球阵列的制备

3.2.2溅射法沉积Pt

本章小结

参考文献

附图1

附图2

第四章SiO2/Pt核壳结构纳米粒子的合成及其性质研究

4.1 SiO2/Pt核壳结构纳米粒子的合成

4.2 SiO2/Pt核壳结构纳米粒子电极的制备

4.3吸附CO的循环伏安研究

4.4 CO探针原位红外反射光谱(in-situ FTIRs)研究

4.5甲醇电氧化

本章小结

参考文献

附图

第五章液-气、液-液界面组装金属纳米粒子薄膜及其性质研究

5.1 Au/Pt纳米粒子自组装

5.1.1 Au/Pt核壳结构纳米粒子的制备

5.1.2 Au/Pt核壳结构纳米粒子液-气界面组装

5.1.3 Au/Pt核壳结构纳米粒子液-液界面组装

5.1.4 Au/Pt核壳结构纳米粒子薄膜上吸附CO的in-situ FTIRs研究

5.2 Pt纳米粒子液-液界面自组装

5.2.1 Pt纳米粒子的制备

5.2.2 Pt纳米粒子液-液界面组装

5.2.3 Pt纳米粒子薄膜上吸附CO的in-situ FTIRs研究

5.3其它纳米粒子体系液-液界面自组装

5.3.1纳米粒子的制备

5.3.2 Au纳米粒子的组装

5.3.3 Ag和SiO2纳米粒子的组装

本章小结

参考文献

附图1

附图2

附图3

附图4

致谢