基于贵金属（铱,铂）纳米晶的可控合成及其催化性能研究

摘要

铱（Ir）和铂（Pt）基贵金属纳米材料具有优异的光学、电学和催化性能，尤其是在燃料电池和有机氢化反应等领域发挥着重要的作用，其催化作用直接影响了燃料电池和氢化反应的性能。通过对Ir和Pt基贵金属纳米材料的形貌以及结构尺寸进行控制合成，为研究其高效的催化性能提供了可行的方法。目前，贵金属催化剂纳米晶体引起了广泛的关注，是因为其具有优先暴露的反应晶面、高的结构稳定性以及快速的电子传输速率等优势，从而改善并加强了燃料电池和氢化反应反应条件以致于提高了其催化性能。为此，合理设计一种形貌控制的Ir、P t基贵金属纳米晶具有非常重要的意义。　　在本论文中，通过有效地控制了Ir、P t基纳米晶的形貌和表面结构，分别获得了Ir-锡（Sn）纳米线、Ir-银（Ag）纳米管和Pt-Sn纳米线，并且进一步探索了其生长机理、结构及其构效关系。　　具体内容和主要研究成果如下：　　第一章：以氯化铱和醋酸亚锡为前驱体，柠檬酸为还原剂以及乙二醇为溶剂，通过简单的水热法制备了带有丰富氧化锡的超细脉状IrSn纳米线。此外，改变Sn前驱体的投料可以调控 IrSn 纳米线的组分。由于超细的脉状结构和丰富的氧化锡表面，这种IrSn纳米线催化剂在低电位下展示了高效的乙醇氧化性能，尤其是Ir67Sn33纳米线表现最为突出。在0.04 V电位下展示了95.6 mA mg-1 Ir的优越质量活性，分别是Ir/C和 Pt/C的4倍和20倍高。Ir67Sn33/C, Ir/C和Pt/C在0.09 V固定点位下测试2 h稳定性，其中Ir67Sn33/C展示了最优越的稳定能力，而在1 h时的Ir/C接近失活并且Pt/C完全失活。　　第二章：基于自制的实心的 IrAg纳米线，首次通过化学刻蚀的方法获得了中空的IrAg纳米管。经过高温处理这种IrAg纳米管，可以除去多余的表面活性剂并且得到丰富的氧化铱。由于这些独特的性质，这种中空 IrAg纳米管催化剂在酸性条件下对析氧反应、析氢反应以及全水解催化展示了优越的活性以及稳定性。优化后的空心IrAg NTs在0.5 M和0.05 M H2SO4电解质中，OER性能达到10 mA/cm2时，其过电位较低，分别为285 mV和296 mV，且耐用性较好，均优于商业Ir/C。在HER中，中空IrAg NTs过电位也较低(0.5 M和0.05 M H2SO4电解液中分别为20 mV和34 mV)，耐久性也较好。在0.5 M H2SO4中，Ir-Ag NTS甚至能提供优良的整体分水性能，其在10 mA/cm2的极低电池电压仅为1.55V，在1000次循环后表现出较小的活性损失，比商业Ir/C-P t/C具有更高的耐用性。　　第三章：提出了一种高效便利的合成方法用于制备 PtSn 纳米线。此外，通过改变Sn前驱体的量，不同组分的PtSn纳米线也可以被调控。特别的是，这种，优化后的催化剂Pt1.5Sn NWs氢化肉桂醛到肉桂醇时，得到了近100%的转化率和良好的选择性(90.6%))，优于Pt1.5Sn NPs和Pt NPs。此外， Pt1.5Sn NWs对其他不饱和醛例如：巴豆醛、三甲基巴豆醛以及糠醛也都展示了一个优越的转化效率（90%以上）以及对不饱和醇的选择性（超过90%）。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 引言

1.2 贵金属纳米材料的概述

1.3 贵金属纳米材料的合成方法

1.4 贵金属纳米材料的应用

1.5 可控合成对贵金属纳米材料催化性能的影响

1.6 本文的研究意义和主要内容

第二章 超细脉状铱锡纳米线的制备及其电催化性能研究

2.1 引言

2.2. 实验部分

2.3. 结果与讨论

2.4 本章小结

第三章 IrAg纳米管的合成及其电催化水解性能的研究

3.1 引言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 本章小结

第四章 PtSn纳米线的制备及其有机氢化性能研究

4.1 引言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 本章小结

结论

参考文献

研究生阶段发表的文章

致谢