离子液体辅助下贵金属(Au、Pd)纳米团簇的制备及其对甲醛氧化的性能研究

摘要

贵金属纳米团簇（MNCs）由于独特的原子和电子结构，具备优异的光、电和催化性能，在光学、电子学、磁学和生物催化等领域有广泛的应用前景，一直是材料科学领域的研究热点。尤其是纳米团簇，由于其较小尺寸诱导特征量子限制效应导致其出现分立的电子能级和类分子性质，从而产生一些不同于小分子（例如，有机金属化合物）和纳米颗粒（大于2nm）的独特性质。其中，具有优良催化性能的金(Au)纳米团簇和钯(Pd)纳米团簇备受研究者的青睐。 本文在前人研究的基础上展开工作，借助氨基功能化的离子液体（IL-NH2）的独特性能，制备出绿色环保、性能优异的贵金属纳米团簇。本论文结合紫外可见吸收光谱（UV-vis）、透射电镜(TEM)、X射线光电子能谱仪（XPS）、X射线衍射光谱仪(XRD)、电化学工作站等仪器进行深入研究。 本论文主要包含以下研究内容： 1.采用单分子层保护法，以氨基功能化离子液体为配体，硼氢化钠为还原剂，在水和甲醇的混合溶液中，探究制备AuNCs@IL纳米颗粒的影响因素（反应配比、催化剂用量、反应溶液体系比、温度和pH），从而进行结构调控，成功制备出AuNCs@IL纳米颗粒。同时，借助TEM和UV-vis分析仪器，对其微观结构进行了表征和分析。结果表明:该法制备的金纳米团簇@离子液体（AuNCs@IL）纳米颗粒粒径较为均一，平均粒径约为1-2nm左右，同时为了验证方法的可行性，进一步用巯基离子液体来替代氨基功能化离子液体，与多种贵金属（Au、Ag、Pt）反应，通过表征证实制备了1-2nm的贵金属纳米团簇，验证了实验方法的普适性。 2.基于上述研究，合成了PdNCs@IL纳米颗粒，对其进行了详细的表征，如TEM、UV-Vis、XPS、XRD，并且尝试提出了形成机制。然后，与商业Pd/C催化剂催化甲醛的电化学性能测试进行比较，验证PdNCs@IL纳米颗粒对甲醛氧化反应催化性能的提升。同时通过计算活性面积、CO溶出曲线实验、面积活性、质量活性和XPS分析的电子效应，考察PdNCs@IL纳米团簇优异性能的原因。结果表明，PdNCs@IL纳米颗粒催化甲醛的性能是商业Pd/C的7倍，同时7200s后，PdNCs@IL纳米颗粒仍有更高的催化活性，说明其稳定性良好，这可能与Pd和IL之间存在相互作用力、IL特有的性能优势和团簇级的Pd颗粒相关，从而提高催化甲醛活性。

目录

第1章 文献综述

1.1 引言

1.2 贵金属纳米团簇概述

1.2.1 贵金属纳米团簇的定义及其物化性质

1.2.2 贵金属纳米团簇的合成方法及表征手段

1.2.3 贵金属纳米团簇应用前景

1.3 离子液体概述

1.3.1 离子液体定义、特性

1.3.2 离子液体在贵金属纳米材料合成中的应用

1.4 本文主要内容、意义和创新点

1.4.1 研究意义

1.4.1 研究内容

1.4.3 创新点

第2章 离子液体辅助下金纳米团簇的制备

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 化学药品及试剂和实验设备

2.2.2 AuNCs@IL纳米颗粒的制备

2.2.3 AuNCs@IL纳米颗粒的表征

2.3结果与讨论

2.3.1 反应温度对AuNCs@IL纳米颗粒粒径的影响

2.3.2 原料配比对AuNCs@IL纳米颗粒粒径的影响

2.3.3 NaOH用量对AuNCs@IL纳米颗粒粒径的影响

2.3.4 还原剂用量对AuNCs@IL纳米颗粒粒径的影响

2.3.5 反应体系对AuNCs@IL纳米颗粒粒径的影响

2.4 本章小结

第3章 离子液体辅助下钯纳米团簇的制备及其对甲醛氧化的性能研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 化学药品及试剂

3.2.2 PdNCs@IL纳米颗粒的制备

3.2.3 PdNCs@IL纳米颗粒的表征

3.2.4 PdNCs@IL电化学性能测试

3.3 结果与讨论

3.3.1 PdNCs@IL纳米颗粒

3.3.2 PdNCs@IL纳米颗粒的电化学性能

3.4 本章小结

第4章 结论与展望

4.1 结论

4.2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢