不同结构的金铂纳米复合材料的制备及其催化性能研究

摘要

贵金属(金、银和铂等)纳米晶体材料由于具有独特的电学、光学、磁学以及催化性能,并且这些性能可以通过控制其尺寸、形状、结构和组成来调控,因而它们在催化、传感器、医学诊断和治疗以及成像领域具有巨大的潜在应用价值,从而引起研究者们的极大兴趣。其中,纳米结构的铂、钯和金在催化剂领域占有非常重要的地位,特别是纳米结构的双金属或多金属纳米复合材料在电催化方面显示出了优异的催化性能,目前已成为相关领域的研究热点。最值得注意的是它们对甲醇高效的催化性能使其可成为直接甲醇燃料电池的关键组成部分。
　　本文中,制备了两种不同结构的金铂纳米复合材料:
　　(1)蛋黄-蛋壳结构的金铂纳米复合材料。我们以球形金纳米晶作为种子,对苯二酚为还原剂,利用外延生长法制备了外壳厚度可调的金银核壳结构纳米晶。在此基础上,我们选取外壳较厚的金银核壳结构纳米晶作为新种子,用K2PtCl4与银壳发生置换反应,制备了具有多孔铂外壳的蛋黄-蛋壳结构的金铂纳米复合材料。通过改变K2PtCl4的浓度,可以在2nm-11.5nm范围内调控多孔铂外壳的厚度。
　　(2)金铂双金属壳的空心球纳米复合材料。我们以球形银纳米晶作为牺牲模板,用HAuCl4与银种子发生置换反应制备金银双金属壳的空心球纳米复合材料。改变对苯二酚的浓度,可以在一定范围内调控空心球的内径尺寸及外壳银的含量。我们选取外壳银成分高的金银双金属壳空心球纳米晶作为新种子,用K2PtCl4与银壳发生置换反应,制备了具有多孔铂壳的金铂双金属壳的空心球纳米复合材料。通过改变K2PtCl4的浓度,可以调控多孔铂壳的厚度。
　　此外,还研究了两种不同结构的金铂纳米复合材料对甲醇的电催化性能。对于蛋黄-蛋壳结构的金铂纳米复合材料,当铂壳厚度为2.5nm时表现出了对甲醇极大的催化氧化性能;对于金铂双金属壳的空心球纳米复合材料,AuPt32对甲醇有较好的催化氧化性能。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 纳米的起源

1.2 纳米材料简介

1.3 金铂复合纳米材料

1.3.1 金铂复合纳米材料简介

1.3.2 金铂复合纳米材料的制备

1.4 直接甲醇燃料电池(DMFC)简介

1.5 选题的背景及意义

1.6 参考文献

第2章 蛋黄-蛋壳结构的金铂复合纳米材料的制备及催化性能研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 实验仪器与试剂

2.2.2 蛋黄-蛋壳结构的金铂纳米复合材料的制备

2.2.3 反应条件对蛋黄-蛋壳结构的金铂纳米复合材料的影响

2.2.4 电催化性能表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 反应条件对金银核壳结构的纳米晶的影响(金种子直径为30 nm)

2.3.2 其他尺寸金种子金银核壳结构的纳米晶的制备

2.3.3 蛋黄-蛋壳结构的金铂纳米复合材料的制备及其催化性能的研究

2.4 本章小结

2.5 参考文献

第3章 金铂双金属壳的空心球纳米复合材料的制备及催化性能研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 实验仪器与试剂

3.2.2 金铂双金属壳的空心球纳米复合材料的制备

3.2.3 反应条件对金铂双金属壳的空心球纳米复合材料的影响

3.2.4 电催化性能表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 反应条件对金银双金属壳的空心球的影响

3.3.2 金铂双金属壳的空心球纳米复合材料的制备及其电催化性能表征

3.4 本章小结

3.5 参考文献

第4章 总结与展望

4.1 论文总结

4.2 创新点

4.3 有待开展的工作

致谢

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