發(fā)布時(shí)間：2020-09-30 10:06

　　 Pt基貴金屬納米晶在燃料電池、工業(yè)催化等應(yīng)用領(lǐng)域有著其他金屬無(wú)法比擬的應(yīng)用價(jià)值。但是Pt在地殼中儲(chǔ)量少、市場(chǎng)價(jià)格昂貴等不足也大大制約了其在生產(chǎn)生活中的廣泛應(yīng)用,因此實(shí)現(xiàn)降低Pt使用量且提高其催化活性的雙重目標(biāo)已成為一大重要任務(wù)。在過(guò)去的研究中,研究者花費(fèi)了大量的精力系統(tǒng)地探究了尺寸、組成、表面結(jié)構(gòu)等對(duì)于納米晶的性質(zhì)影響。除此之外,值得引起關(guān)注的是亞穩(wěn)態(tài)納米晶(包括亞穩(wěn)態(tài)晶相、高表面能結(jié)構(gòu)以及孿晶等)相比于穩(wěn)定態(tài)納米晶往往表現(xiàn)出不同甚而更加優(yōu)異的物理化學(xué)性質(zhì)。但是目前關(guān)于這一方面的系統(tǒng)研究仍然很匱乏。因此,本論文以亞穩(wěn)態(tài)Pt及Pt基納米晶(主要關(guān)注孿晶結(jié)構(gòu))為研究對(duì)象,致力于探究其生長(zhǎng)機(jī)理、可控合成的方法及其結(jié)構(gòu)與催化性能的構(gòu)效關(guān)系。主要的科研進(jìn)展概括如下:1.利用化學(xué)勢(shì)理論成功地解釋了五重孿晶的動(dòng)力學(xué)調(diào)控機(jī)理。低化學(xué)勢(shì)的成核環(huán)境誘導(dǎo)低化學(xué)勢(shì)晶核的生長(zhǎng)。通過(guò)調(diào)控成核速率、成核位點(diǎn)等參數(shù)而改變體系的化學(xué)勢(shì),我們成功誘導(dǎo)了低化學(xué)勢(shì)孿晶核和高化學(xué)勢(shì)單晶核的形成,從而制備了孿晶Pt二十面體納米晶和單晶Pt立方體納米晶。從化學(xué)勢(shì)角度可以完美地解釋了目前動(dòng)力學(xué)調(diào)控合成孿晶結(jié)構(gòu)的背后本質(zhì)原因,同時(shí)也為其他亞穩(wěn)態(tài)納米晶的調(diào)控合成(如晶相調(diào)控、高表面能結(jié)構(gòu)調(diào)控)提供了理論指導(dǎo)2.基于合成的Pt二十面體納米晶和Pt立方體納米晶探究其結(jié)構(gòu)與催化性能的構(gòu)效關(guān)系。我們從一個(gè)全新的角度認(rèn)識(shí)了二十面體結(jié)構(gòu)和立方體結(jié)構(gòu)的不同:二十面體具有更小的比表面積和接觸面積,故在碳納米管上可以保持更好的分散性。這使其在催化氧化中不容易發(fā)生奧氏熟化和團(tuán)聚,從而具有更長(zhǎng)的使用壽命。以甲醇氧化為探針?lè)磻?yīng),Pt二十面體相比于Pt立方體具有更優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。3.利用甘氨酸和PVP的共同作用,我們成功合成了亞穩(wěn)態(tài){hhl}晶面裸露的內(nèi)凹八面體Pt-Pd合金納米晶。隨著甘氨酸用量的不斷增加,實(shí)現(xiàn)了納米晶結(jié)構(gòu)從八面體到內(nèi)凹八面體的演變。內(nèi)凹八面體Pt-Pd合金納米晶表面豐富的活性位點(diǎn)使其在催化甲酸電氧化反應(yīng)中具有比商用Pt黑更優(yōu)異的催化活性和穩(wěn)定性。4.從雙金屬費(fèi)米能級(jí)位置差的角度成功揭示了種子法合成雙金屬Pd-Au納米晶對(duì)稱(chēng)性破缺的熱力學(xué)本質(zhì)原因。通過(guò)改變還原劑(AA)的濃度而調(diào)控Pd和Au兩種金屬的費(fèi)米能級(jí)相對(duì)位置,成功制備了對(duì)稱(chēng)性的Pd@Au三八面體核殼結(jié)構(gòu)以及對(duì)稱(chēng)性破缺的Pd-Au異質(zhì)結(jié)構(gòu)。同時(shí),利用Pd-Ag體系驗(yàn)證了該理論的普適性。該理論有望指導(dǎo)合成更多復(fù)雜結(jié)構(gòu)且具備更強(qiáng)大功能的Pt基雙金屬納米晶。
【學(xué)位單位】：廈門(mén)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：O643.36;TB383.1
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第一章 緒論
    §1.1 前言
    §1.2 貴金屬納米材料概述
        §1.2.1 貴金屬納米材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
        §1.2.2 貴金屬納米材料的應(yīng)用
        §1.2.3 貴金屬納米材料可控合成的意義
    §1.3 亞穩(wěn)態(tài)五重孿晶結(jié)構(gòu)
        §1.3.1 五重孿晶結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
        §1.3.2 五重孿晶的性質(zhì)
        §1.3.3 五重孿晶的可控合成
    §1.4 本論文選題依據(jù)和研究?jī)?nèi)容
    參考文獻(xiàn)
第二章 孿晶納米晶和單晶納米晶的可控合成及形成機(jī)理探究
    §2.1 前言
    §2.2 實(shí)驗(yàn)部分
        §2.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        §2.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        §2.2.3 儀器表征
    §2.3 結(jié)果與討論
        §2.3.1 Pt二十面體納米晶和Pt立方體納米晶的結(jié)構(gòu)和形成機(jī)理分析
        §2.3.2 通過(guò)調(diào)控成核位點(diǎn)控制孿晶和單晶的生長(zhǎng)
        §2.3.3 通過(guò)調(diào)控反應(yīng)速率控制孿晶和單晶的生長(zhǎng)
    §2.4 本章小節(jié)
    參考文獻(xiàn)
第三章 Pt二十面體納米晶的甲醇催化活性和穩(wěn)定性探究
    §3.1 前言
    §3.2 實(shí)驗(yàn)部分
        §3.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        §3.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        §3.2.3 儀器表征
    §3.3 結(jié)果與討論
        §3.3.1 Pt二十面體納米晶和Pt立方體納米晶結(jié)構(gòu)分析
        §3.3.2 孿晶和單晶分散性不同的原因分析
        §3.3.3 Pt二十面體納米晶和Pt立方體納米晶的電化學(xué)穩(wěn)定性測(cè)試
        §3.3.4 Pt二十面體納米晶和Pt立方體納米晶的甲醇電氧化催化性質(zhì)研究
    §3.4 本章小節(jié)
    參考文獻(xiàn)
第四章 {hhl}晶面裸露的內(nèi)凹八面體Pt-Pd合金納米晶的合成及其電化學(xué)性質(zhì)研究
    §4.1 前言
    §4.2 實(shí)驗(yàn)部分
        §4.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        §4.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        §4.2.3 儀器表征
    §4.3 結(jié)果與討論
        §4.3.1 內(nèi)凹八面體Pt-Pd合金的結(jié)構(gòu)表征
        §4.3.2 內(nèi)凹結(jié)構(gòu)形成機(jī)理研究
        §4.3.3 內(nèi)凹八面體Pt-Pd合金納米晶的電化學(xué)性質(zhì)測(cè)試
    §4.4 本章小節(jié)
    參考文獻(xiàn)
第五章 種子法合成雙金屬納米晶對(duì)稱(chēng)性破缺的本質(zhì)原因探究
    §5.1 前言
    §5.2 實(shí)驗(yàn)部分
        §5.2.1 實(shí)驗(yàn)試劑
        §5.2.2 實(shí)驗(yàn)步驟
        §5.2.3 儀器表征
    §5.3 結(jié)果與討論
        §5.3.1 Pd納米立方體的表征
        §5.3.2 對(duì)稱(chēng)的Pd@Au納米晶和對(duì)稱(chēng)性破缺的Pd-Au異質(zhì)雙金屬的合成及表征
        §5.3.3 對(duì)稱(chēng)的Pd@Au納米晶和對(duì)稱(chēng)性破缺的Pd-Au異質(zhì)雙金屬的形成機(jī)理研究
        §5.3.4 非對(duì)稱(chēng)的Pd-Ag異質(zhì)二聚體和對(duì)稱(chēng)的Pd@Ag納米晶的合成及表征
    §5.4 本章小節(jié)
    參考文獻(xiàn)
總結(jié)與展望
附錄: 攻讀碩士期間發(fā)表的SCI論文
致謝辭

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