铂纳米粒子的制备及其在铁电极表面自组装的研究

摘要

本论文主要探讨了铂纳米粒子的制备方法。采用电化学方法、热化学方法在水相中制备了分散性良好的铂纳米粒子以及具有一定形貌的铂纳米粒子结构。实验采用TEM、HRTEM、UV-Vis、IR、SEM、XRD等手段对制得的纳米粒子进行了表征。同时，尝试使用自组装技术将制得的铂纳米粒子组装到铁电极表面，并对组装后的电极进行EIS、极化曲线等电化学测试。本论文的主要研究成果包括以下几个方面： 1．在保护剂聚乙烯吡咯烷酮PVP存在的情况下，通过电化学还原的方法在水相中制备了分散均匀的铂纳米粒子。初始H<,2>PtCl<,6>溶液在262nm处的紫外吸收峰在反应结束后消失，证明铂纳米粒子的形成。实验研究了反应时间、PtCl<,6><'2->离子浓度对纳米粒子形成的影响、保护剂PVP在纳米粒子形成过程中的作用机制，同时还探讨了PVP单体与H<,2>PtCl<,6>的物质的量的比对最终产物分散性的影响。分别采用TEM、IR、UV-Vis等技术对产物进行了表征。结果发现，PVP在铂纳米粒子的产生起到重要作用，随着PVP浓度的增加，产物铂纳米粒子的分散性得到了有效的改善。 2．用不同的还原剂使用化学还原法制备铂纳米粒子。使用NaBH<,4>分别在室温以及冰水浴下还原H<,2>PtCl<,6>，对所得产物进行TEM观察，发现在冰水浴条件下制得的粒子分散性要优于室温下所得粒子的分散性。使用温和的柠檬酸钠为还原剂用热化学的方法制备铂纳米粒子，所得产品的TEM照片表明其具有良好的分散性，对产品进行HRTEM测试，发现小颗粒具有清晰的晶格条纹，晶面间距为0.23nm，与铂的{111)面数据吻合。利用热化学方法使用PVP直接还原H<,2>PtCl<,6>的方法制备铂纳米粒子。对产物进行TEM表征，发现产物已经具备了一定的形貌，呈现四方片、树枝状以及笼状结构。进一步对形貌新颖的笼状纳米结构进行HRTEM表征，发现其边缘呈现大片清晰的晶格条纹，说明具有单晶结构。同时用HRTEM观察了笼状纳米结构周围的粒径在5nm左右的小颗粒，发现其同样具有清晰的晶格条纹。测量上述两种晶格条纹，发现其晶面间距均为0.23nm，与铂{111}面的晶面间距数据相符。反应中，PVP既作为还原剂又作为保护剂，对其还原性能进行了讨论，并对具有一定形貌的铂纳米粒子的形成过程进行了探讨。 3．通过对在铂纳米粒子溶液中浸泡过的ITO玻璃进行SEM测试，我们发现铂纳米粒子倾向于固定到ITO玻璃表面并形成有序排列的结构。我们还尝试将热化学还原法制得的铂纳米粒子组装到铁电极表面，并使用电化学阻抗谱、极化曲线等手段对自组装膜进行电化学测试。结构表明，由于铂纳米粒子具有极强的催化性，组装有铂纳米粒子膜的铁电极在硫酸中更加易于腐蚀。

目录

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第一章绪论

§1.1引言

§1.2纳米材料的物理性质

§1.2.1表面效应

§1.2.2体积效应(小尺寸效应)

§1.2.3量子尺寸效应

§1.2.4宏观量子隧道效应

§1.3金属纳米材料的应用

§1.3.1催化剂

§1.3.2金属燃烧剂

§1.3.3微孔材料

§1.3.4烧结材料

§1.4金属纳米材料的制备方法

§1.4.1物理法

§1.4.2化学法

§1.5具有一定形貌的纳米材料的制备

§1.5.1纳米多面体

§1.5.2纳米线

§1.5.3纳米盘和纳米片

§1.5.4核壳型纳米粒子(core-shell nanoparticle)

§1.5.5其它形状的纳米粒子

§1.6论文的研究内容与目的

第二章实验部分

§2.1实验试剂

§2.2实验仪器

§2.3纳米粒子的制备

§2.3.1电化学制备铂纳米粒子

§2.3.2化学法制备纳米粒子

§2.4纳米粒子表征

§2.4.1紫外-可见光谱(UV-vis)

§2.4.2透射电子显微镜(TEM)

§2.4.3高分辨透射电子显微镜(HRTEM)

§2.4.4扫描电子显微镜(SEM)

§2.4.5 X射线衍射仪(XRD)

§2.4.6傅立叶红外光谱(FTIR)

§2.5纳米粒子在铁电极表面的组装

2.5.1铁电极的制备

2.5.2电解池体系

2.5.3电化学阻抗谱测试和极化曲线测试

第三章电化学方法制备铂纳米粒子

§3.1引言

§3.2铂纳米粒子的电化学制备

§3.2.1铂纳米粒子的形成

§3.2.2不同实验条件对粒子的影响

§3.3小结

第四章化学还原法制备铂纳米粒子

§4.1引言

§4.2硼氢化钠还原法制备铂纳米粒子

§4.2.1铂纳米粒子的生成

§4.2.2实验温度的选择

§4.3柠檬酸钠还原法制备铂纳米粒子

§4.4 PVP直接还原法制备铂纳米粒子

§4.4.1 PVP和PVA的还原性

§4.5小结

第五章铂纳米粒子的自组装

§5.1引言

§5.2铂纳米粒子在ITO玻璃表面的自组装

§5.3铂纳米粒子在铁电极表面的自组装

§5.3.1铂纳米粒子自组装膜的制备

§5.3.2铂纳米粒子自组装膜形貌分析

§5.3.3铂纳米粒子自组装膜的电化学测试

§5.4小结

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间发表的学术论文