贵金属及其复合纳米粒子合成、表征和催化性质研究

摘要

本论文设计了一种简单有效无需表面活性剂的水相合成方法,制备出不同形貌的Au纳米粒子及其复合了其他贵金属的纳米结构,利用SEM、TEM、XRD和UV-Vis等表征了这些纳米粒子的尺寸、形貌及其光谱性质,分析了不同形状Au纳米颗粒的形成机理。并研究了贵金属纳米粒子及其复合材料的催化性能。具体内容如下:
　　一、我们以柠檬酸三钠包覆的粒径15 nm Au粒子作为晶种,在盐酸羟胺存在的水溶液体系中,采用种子生长法合成了大尺寸的球形金纳米粒子,通过调节氯金酸金源的加入量可以很容易的控制粒子的不同尺寸。在此温和条件下合成的金纳米粒子粒径非常均一，为下一步各向异性的枝端生长提供必要条件。之后，我们以合成的不同尺寸的球形Au纳米粒子作为晶种,在盐酸羟胺存在的水溶液体系中,辅助柠檬酸三钠调节pH合成了刺状Au纳米粒子。通过调节氯金酸金源的加入量可以很容易的控制刺的不同长度。实验结果表明,除氯金酸的用量是决定产物最终形状的主要因素之外,柠檬酸三钠用量对产物的形状也具有直接的影响。以上述合成的刺形金纳米粒子作为催化剂,以硼氢化钠为还原剂,以对硝基苯胺和对硝基苯硫酚作为反应物，检测该催化剂的催化活性。研究表明，相同条件下长刺、中刺的纳米金颗粒较短刺、球形的纳米金的催化性能更好。结合拉曼光谱可以看出长刺和中刺的纳米金催化剂在催化过程中表现出短刺球形金纳米催化剂所没有的催化选择性和专一性，并结合DFT理论计算结果发现不同形貌的金纳米粒子催化现象的差异是由于内在的表面结构不同所造成结果，很好的解释了结构因素在催化过程中发挥的重大作用。
　　二、用上一步合成的刺形纳米金作为载体，以抗坏血酸作为还原剂,在水溶液中合成了尺寸较大,具有不同形貌的Au-Pt双金属复合纳米颗粒。刺形金纳米颗粒具有较大的比表面积和丰富的台阶面作为活性位点，作为载体包覆上铂之后具有较强的催化活性。Pt在刺形金纳米颗粒上的包覆呈现从岛状不连续分布到层状连续分布的显著形貌差异。用包覆了不同量Pt的Pt/Au纳米粒子作为催化剂，检测其对于甲醇氧化的电催化性能，并通过催化性能的差异得出不同包覆程度下粒子结构对催化的显著影响，最终找到贵金属材料消耗最少、催化性能最好的催化剂合成条件，这种催化剂的制备对新型阳极催化剂的研究做出了很大的贡献,同时也让我们看到了Au-Pt复合不连续包覆催化剂在直接甲醇燃料电池中广阔的应用前景。
　　三、用种子生长法合成了较大尺寸的球形金纳米粒子，以抗坏血酸作为还原剂,在水溶液中合成了具有不同形貌的球形Au-Pt双金属复合纳米颗粒。球形金纳米颗粒比表面积较刺形金较小，但稳定性非常好，作为载体包覆上铂后也具有较强的催化活性。Pt在球形金纳米颗粒上的包覆呈现从岛状不连续分布到层状连续分布的显著形貌差异。我们用包覆了不同量Pt的Pt/Au球形纳米粒子作为催化剂，检测其对于甲醇氧化的电催化性能，并通过催化性能的差异得出不同包覆程度下粒子结构对催化的显著影响，最终找到贵金属材料消耗小、催化性能好的纳米粒子，在优化合成条件的基础上进一步拓展了其应用前景。

目录

声明

第一章 前言

1.1 金纳米粒子的特性

1.2 金纳米粒子制备方法

1.3 金纳米粒子的应用

1.4 贵金属复合纳米粒子研究进展

1.5 复合贵金属纳米粒子在催化方面的应用

1.6 本论文的研究目的和研究内容

参考文献

第二章 刺状金纳米粒子的合成与催化

2.1 引言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 本章小结

参考文献

第三章 Au-Pt刺形粒子合成及电催化性能研究

3.1 引言

3.2 材料的制备和表征

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

参考文献

第四章 Au-Pt球形粒子合成及电催化性能研究

4.1 引言

4.2 材料的制备和表征

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

参考文献

第五章 总结

攻读硕士研究生期间发表的科研成果

致谢