【摘要】：納米多孔金屬(NPMs),一種有代表性的納米材料,在過去數十年間吸引了大量興趣。NPMs由于它們迷人的優(yōu)異性能,如大的比表面積、獨特的表面結構和高的熱、電導率,在催化、燃料電池、傳感器、生物探測和制動器等方面有廣闊的應用前景而受到了廣泛的關注。納米多孔銅(NPC),一種具有象征性的納米多孔材料,由于其廣闊而有前途的地潛在應用能力,已被廣泛研究。尤其,隨著表征技術的進步,有著許多特殊和優(yōu)異性能的納米多孔銅,比如獨特的孔結構、大的比表面積、擴展的特有的表面積、高的電熱導率以及低的成本,已經吸引了大量興趣,來探索它的電化學性能以及擴展它在能源與催化體系中的可能應用。在這里,我們致力于通過多種先進方法制造能應用于催化與能源體系中,工業(yè)級的應用的基于NPC的電催化劑。同時,我們研究了微觀結構以及孔尺寸分布對NPC催化活性的影響,并開發(fā)了一系列用于消除廢水中有機廢料的催化劑,二氧化碳成烴的電還原,改良的表面增強拉曼光譜。我們已經證實,相比于普通多晶平面銅,納米多孔銅展現出更加優(yōu)異的電化學活性,這是由于其更容易的電子/質子轉移,產生更快的反應動力學,更有效的電解液離子的接觸,以及增加的電催化活性位點。結果描述如下：1.簡易的納米多孔銅制法以及它在甲基藍染料快速降解的應用能在納米尺寸最大程度地從過氧化氫中產生活性氧物質的材料被高度需求,用于最大限度增加陽離子降解速率。在這項研究中,NPC首次成功用于利用NPC對甲基藍進行超快氧化分解。NPC用脫合金法對30-40 at.%Ti的Ti/Cu自然腐蝕。具有均勻,相互滲透的孔-韌帶狀結構的一致化NPC在過氧化氫解離成活性物質過程起了關鍵作用,導致了MB的超快降解。結果表明由脫合金法用Ti40Cu60合金制作的具有一致化雙邊連續(xù)結構的NPC,甲基藍降解遵循一級速率動力學常數κ=44×10-3 min-1,是一片銅箔的30倍高。存在于NPC雙連續(xù)多孔網絡中的大量活性位點解釋了它優(yōu)秀的降解性能。NPC上MB的超快降解暗示了基于它擴大的特殊表面積,三維雙連續(xù)多孔結構以及增加了的電子傳遞-傳質性能而在催化活性方面的諸多應用。2.三維雙連續(xù)塊狀納米多孔銅的制作與特性以及在SERS中的應用三維雙連續(xù)塊狀納米多孔銅成功通過在氫氟酸中脫合金厚片合金TixCu100-x(x=50,60at.%)自然腐蝕制得。初始合金成分和酸濃度對納米多孔結構的影響被系統(tǒng)地研究。結果表明合金Ti60Cu40是最早的前驅體。通過優(yōu)化脫合金溶液濃度和脫合金時間,制作了孔徑分布~50-200 nm的NPC。研究發(fā)現具有可控孔徑的裂紋主體納米多孔結構導致了表面增強拉曼光譜的關鍵改善。這項工作開發(fā)了可能的方法來制作不易脆,無裂紋,易于控制的主體NPC,用于SERS和其他工業(yè)應用。3.二氧化碳在納米多孔銅催化劑上轉化成烴和燃料的電化學還原一致化的雙連續(xù)的NPC通過化學脫合金制作來檢驗它將二氧化碳轉化成烴的催化活性。相互貫穿的三維雙連續(xù)一致化納米多孔銅通過脫合金TixCu100-x(x=30,40 at.%)及甩帶法獲得。不同的孔徑尺寸通過改變脫合金時間,脫合金氫氟酸溶液濃度和初始合金成分獲得。NPC上的二氧化碳催化被系統(tǒng)地研究。三維納米多孔銅表現出加強了的將二氧化碳轉化為乙醇的催化活性。電化學分析表明,NPC不僅能催化二氧化碳,也能減少一氧化碳。令人驚訝的多功能NPC催化劑對一氧化碳轉化為乙醇產生了極大的貢獻。NPC一定會是電還原二氧化碳成烴和燃料的有希望的催化劑。
【學位授予單位】：山東大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：O643.36;TB383.1

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本文編號：2733936