【摘要】：隨著現(xiàn)代社會的高速發(fā)展和能源的消耗日益增大,人類賴以生存的化石燃料(石油、煤)不僅在消耗過程中產(chǎn)生大量的有害氣體,還存在不可再生等問題。相對于太陽能、潮汐能和風能等清潔能源,氫能由于其原料易得、制取可控、便于儲存運輸、利用率高、污染為零等優(yōu)勢嶄露頭角。在電解水產(chǎn)氫過程中,催化劑(尤其是貴金屬催化劑)能夠有效降低產(chǎn)氫反應的能壘。貴金屬鉑是現(xiàn)如今公認的產(chǎn)氫催化性能最佳的一種金屬,然而其昂貴價格和緊缺存量限制了其廣泛應用,減少催化劑中鉑的使用和提高其催化性能成為了科研工作者亟待解決的科學問題。本論文制備了Au@Pd@Pt二十面體納米粒子并對其催化產(chǎn)氫性能進行了研究,同時也利用高壓水熱反應釜制備了Au-Pt合金十面體納米粒子,為新型Pt基復合材料的開發(fā)提供了思路。本論文取得的研究成果如下:1.用種子生長法制備了不同Pt亞單層數(shù)的Au@Pd@Pt二十面體納米粒子(Au@Pd@Pt_(n ML))。以Au@Pd二十面體納米粒子作為種子,十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)作為包裹劑、抗壞血酸(AA)為還原劑,利用流量注射泵緩慢注入不同濃度的Na_2PtCl_6前驅(qū)體溶液,分別制備了Au@Pd@Pt_(0.3 ML),Au@Pd@Pt_(0.5 ML),Au@Pd@Pt_(0.7 ML)和Au@Pd@Pt_(1.0 ML)四種二十面體納米粒子。同時我們還對這四種不同材料和商業(yè)鉑黑的電催化產(chǎn)氫性能進行了研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn)Au@Pd@Pt_(0.5 ML)納米材料的電流密度最佳,其質(zhì)量活性也約為Pt黑的兩倍,電化學耐受性測試發(fā)現(xiàn)其穩(wěn)定性也比商業(yè)鉑黑更優(yōu)異。研究表明,Au@Pd@Pt_(0.5 ML)納米材料是很好的產(chǎn)氫催化材料。2.用高壓水熱反應釜制備了Au-Pt合金十面體納米粒子。以十六烷基三甲基氯化銨(CTAC)作為包裹劑和穩(wěn)定劑,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)為還原劑,HAuCl_4和EDTA絡合的H_2PtCl_6溶液(EDTA-Pt)為前驅(qū)體溶液在高溫高壓下進行反應。通過改變CTAC加入量、PVP加入量、EDTA-Pt加入體積、溫度等條件能夠?qū)崿F(xiàn)金鉑納米粒子尺寸與形貌的可控。同時我們也對不同時間下納米粒子的形貌進行了考察,對納米粒子形成機理進行了初步的研究。
【圖文】：

圖 1-1 不同形貌的 1D、2D 和 3D 貴金屬納米結(jié)構(gòu)[5]。Fig. 1-1 Nonspherical 1D, 2D, and 3D noble metallic nanostructures[5]..1.3 納米材料的特性納米粒子的尺寸大小處于原子尺寸和微粒尺寸大小之間，屬于典型的過渡領(lǐng)域的界系統(tǒng)。它結(jié)構(gòu)上是由材料的體相組元晶體原子和界面組元晶界兩種組元構(gòu)成的。納米體相對于塊體材料晶粒尺寸極小，界面組元在整個材料中所占的比例變得極大，晶界陷（如孿晶、層錯、位錯）所占的體積比也是相當大的[9]。納米材料的表面電子結(jié)構(gòu)晶體結(jié)構(gòu)往往出現(xiàn)差異，因此具有一系列新異的物理、化學特性。.1.3.1 小尺寸效應小尺寸效應也可以看成為體積效應。塊體金屬的能帶是連續(xù)的，而納米材料的能帶是分裂的。當粒子尺寸下降到某一極限值時，能隙急劇變寬，導致了量子尺寸效應。[10]

圖 1-2 （a）核殼結(jié)構(gòu)、（b）異質(zhì)結(jié)構(gòu)和（c）合金結(jié)構(gòu)等雙金屬納米材料的結(jié)構(gòu)圖[44]。Fig. 1-2 Bimetallic NCs with different structures of (a) core/shell, (b) heterostructure and (c) alloyedstructure[44].（i）核殼結(jié)構(gòu)核殼結(jié)構(gòu)雙金屬納米材料可以根據(jù)不同的性能設(shè)計要求選用不同的兩種貴金屬分別作為內(nèi)核（M）和外殼（N）來實現(xiàn)貴金屬納米材料的雙功能化，以典型的 M@N 表示其組成。雙金屬核殼結(jié)構(gòu)同材料的性能結(jié)合起來，將在新型催化劑研發(fā)、藥物可控釋放、半導體開發(fā)、化學傳感器研制以及磁性材料的研發(fā)等方面都有著潛在應用。核殼結(jié)構(gòu)的納米粒子主要是利用做為種子或者模板的金屬 M 上的異質(zhì)成核位點，通過化學還原或者熱力學沉積使 N 的前驅(qū)體以原子的形態(tài)生長上去。由于操作更加可控，，種子法對于合成一定殼厚度（包括單層原子）的核殼納米晶體是十分有效的。大多數(shù)關(guān)于核殼結(jié)構(gòu)合成和應用的文獻都是關(guān)于殼厚度超過六原子層（或者 1.5 nm）的，這些納米材料
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TB383.1

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前8條

1 劉芳;;納米材料的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)[J];光譜實驗室;2011年02期

2 李淑娥;唐潤清;劉漢忠;;納米材料的分類及其物理性能[J];濟寧師范專科學校學報;2007年03期

3 劉惠玉;陳東;高繼寧;唐芳瓊;任湘菱;;貴金屬納米材料的液相合成及其表面等離子體共振性質(zhì)應用[J];化學進展;2006年Z2期

4 白春禮;納米科技及其發(fā)展前景[J];科學通報;2001年02期

5 王文亮,李東升,鞏育軍,楊文選,李會峰;21世紀最有前途的材料——納米材料的結(jié)構(gòu)與化學特性[J];延安大學學報(自然科學版);2000年04期

6 陳改榮;納米材料的特性及進展[J];平原大學學報;2000年04期

7 董偉,范微;跨世紀的新材料──納米材料[J];化學教育;1999年Z1期

8 翟慶洲,裘式綸,肖豐收,張宗濤,邵長路;納米材料研究進展Ⅰ——納米材料結(jié)構(gòu)與化學性質(zhì)[J];化學研究與應用;1998年03期

本文編號：2679300