电化学置换法合成PtAgAu空心纳米颗粒及其电化学性能研究

摘要

多金属空心纳米材料较大的比表面积、较小的密度以及在同一纳米颗粒中不同的原子之间的电子协同作用使得其在生物成像、光热治疗以及能量存储等方面有很好的应用前景。铂基多金属空心纳米材料在燃料电池方面有很重要的应用。目前普遍使用的铂基空心纳米材料的合成方法为电化学置换法(galvanicreplacement)。Au纳米颗粒的形貌丰富但是比较稳定难以被其他金属盐氧化。我们选择以Au@Ag核壳纳米颗粒为模板，通过Au、Ag之间的电荷转移来降低Au的电极电势促进其氧化来制备多金属空心纳米材料。我们通过电化学置换法合成了不同形貌的PtAgAu空心纳米颗粒，对反应过程和反应机理进行了探讨，并通过甲酸氧化对其电催化性能进行了研究。主要研究内容如下:
　　1、在CTAB存在条件下，Au@Ag核壳纳米棒与K2PtCl4发生电化学置换反应(galvanic replacement)，生成高质量的PtAgAu纳米管。在此过程过中，Ag壳与Au核都与K2PtCl4发生电化学置换反应。通过透射电子显微镜(TEM)照片发现产物的形貌演变过程为Au@PtAg摇铃结构、两端空心的Au@PtAgAu纳米棒、PtAgAu纳米管。通过一系列的对照实验证明了该反应中的氧化剂为K2PtCl4,并非溶解在溶液中的氧气。Ag壳的存在以及其与Au纳米棒核的接触作用在Au核与K2PtC14的置换反应中起着至关重要的作用，XPS光谱证明了电荷从Au向Ag转移，降低了Au纳米棒核的电极电势并促进了其氧化，我们通过对照实验也证明了这一点。我们通过甲酸氧化测试了PtAgAu纳米管的电催化性能。
　　2、利用Au、Ag之间的电荷转移以Au@Ag核壳纳米球为模板，与K2PtCl4发生电化学置换反应合成PtAgAu空心纳米球，通过透射电子显微镜(TEM)照片表征了其反应过程。通过改变Au球的尺寸来控制PtAgAu空心纳米球中不同元素的比例。不同元素比例的PtAgAu空心纳米球在甲酸氧化方面的电催化活性不同，但是其电催化活性均高于商业铂碳。

目录

声明

摘要

符号说明

第一章 绪论

1．1 引言

1．2 空心贵金属纳米材料的合成方法

1．2．1 电化学置换法

1．2．2 柯肯达尔效应

1．2．3 模板法

1．2．4 化学腐蚀法

1．3 空心贵金属纳米材料在电催化方面的应用

1．3．1 电催化氧化甲醇

1．3．2 电催化氧化乙醇

1．3．3 电催化氧化甲酸

1．3．4 氧还原反应

1．4 本论文的研究思路和主要研究内容

参考文献

第二章 通过电荷转移加速电化学置换反应制备PtAgAu空心纳米管及其电催化性能研究

2．1 引言

2．2 实验部分

2．2．1 实验试剂

2．2．2 PtAgAu纳米管的制备

2．2．3 材料表征

2．2．4 电催化性能的测试

2．3 结果与讨论

2．3．1 PtAgAu纳米管的结构及成分

2．3．2 PtAgAu纳米管的形成过程

2．3．3 PtAgAu纳米管的形成机理

2．3．4 PtAgAu纳米管催化性能的评价

2．4 本章小结

参考文献

第三章 PtAgAu空心纳米球的合成及其电催化性能研究

3．1 引言

3．2 实验部分

3．2．1 实验试剂

3．2．2 PtAgAu空心纳米球的制备

3．2．2 材料表征及性能测试

3．3 结果与讨论

3．3．1 PtAgAu空心纳米球的结构与成分

3．3．2 PtAgAu空心纳米球的形成过程

3．3．3 性能评价

3．4 本章小结

参考文献

结论与展望

致谢

硕士期间发表的学术论文