鉑納米材料的光化學(xué)可控合成及其催化應(yīng)用研究
發(fā)布時(shí)間：2021-06-16 12:59
鉑（Pt）金屬納米材料因其獨(dú)特的物理、化學(xué)性質(zhì)而具有高效的催化性能,可控合成Pt催化劑一直是科學(xué)研究的熱點(diǎn)問題。本論文利用可見光作為光源,K2[PtCl4]作為Pt源,在不同的溶液體系中,研究了K2[PtCl4]水解、底物在載體表面的物理和化學(xué)吸附以及動(dòng)力學(xué)控制合成Pt納米催化劑機(jī)理。通過傅里葉變換紅外光譜（FT-IR）、透射電子顯微鏡（TEM）、X射線光電子能譜（XPS）、X射線衍射（XRD）、能量色散X射線光譜（EDS）等多種表征手段對(duì)合成的催化劑的形貌及組成等進(jìn)行了研究,并通過典型的對(duì)硝基苯酚（4-NP）還原及甲醇電催化氧化實(shí)驗(yàn)評(píng)估了催化劑的活性。主要工作包括以下幾個(gè)方面:（1）在K2[PtCl4]水溶液中,測(cè)定了溶液在不同光照條件下酸堿度、紫外吸收光譜的變化,研究表明可見光可以促進(jìn)[PtCl4]2-的水解從而影響其物種分布,且可見光的強(qiáng)度越大、波長(zhǎng)越短,[PtCl4]2-中的Cl-越...
【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省
【文章頁(yè)數(shù)】：71 頁(yè)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
樹枝狀PtNPs合成示意圖
鉑納米材料的光化學(xué)可控合成及其催化應(yīng)用研究-2-2009年Yamamoto課題組[6]通過使用球形大分子苯基偶氮甲胺樹枝狀聚合物為模板合成尺寸可控的PtNPs(圖1.1)，這種樹枝狀聚合物經(jīng)歷了從內(nèi)部亞胺到外部亞胺的逐層逐步的絡(luò)合，可以精確控制籠狀結(jié)構(gòu)中包含的金屬原子數(shù)量。鉑鹽在樹枝狀大分子中積聚并隨后被還原為零價(jià)金屬的過程將形成樹枝狀大分子封裝的金屬簇。樹枝狀聚合物的另一個(gè)重要作用是通過交叉融合保護(hù)所得到的鉑簇免于聚集，即“位點(diǎn)隔離效應(yīng)”，所制備的納米顆粒尺寸非常校圖1.1樹枝狀PtNPs合成示意圖2012年Yu課題組[7]利用具有不同數(shù)量的羥基的第六代聚-(酰氨基胺)(PAMAM)樹枝狀大分子作為模板劑和穩(wěn)定劑制備PtNPs，樹枝狀聚合物提供空穴，以維持小PtNPs的完整性并防止團(tuán)聚。以甲醇為還原劑在pH=9的條件下劑成功地制備了由200個(gè)Pt原子組成的Pt團(tuán)簇。圖1.2Pt/e-RGO-SWCNT納米顆粒合成示意圖
蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-3-2019年Zhang等人[8]通過使用單分散的聚苯乙烯(PS)球作為犧牲模板來制備3D多孔e-RGO以抑制RGO片的再堆疊。同時(shí)，SWCNT穿透e-RGO，制備獨(dú)立的3D互連壓花石墨烯，用于合成具有柔性3D多孔結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式Pt/e-RGO-SWCNT薄膜催化劑(圖1.2)。在此過程中，PS球體作為硬模板防止RGO片的聚集，并且SWCNT作為導(dǎo)電骨架加載電解質(zhì)的引入穿透e-RGO并因此將它們波動(dòng)成可伸縮的膜。1.2.2原子層沉積法原子層沉積(ALD)技術(shù)是將前驅(qū)體和氣相交替通入反應(yīng)腔體中，首先讓基體暴露于前驅(qū)體中，當(dāng)前驅(qū)體到達(dá)基體表面之后，會(huì)與沉積基體材料表面的活性基團(tuán)發(fā)生化學(xué)吸附，進(jìn)一步反應(yīng)形成沉積顆粒或薄膜。在前驅(qū)體脈沖之間用惰性氣體進(jìn)行不斷清洗，是前驅(qū)體能否在基體表面化學(xué)吸附并沉積的關(guān)鍵步驟。反應(yīng)過程中生成的揮發(fā)性副產(chǎn)物和未反應(yīng)的前驅(qū)體可以通過惰性氣體的吹掃除去。該方法的優(yōu)點(diǎn)是制得的催化劑金屬顆粒粒徑較小，分散性高，并且由于沉積過程中表面反應(yīng)的自限性，材料沉積的量可以通過調(diào)整ALD的循環(huán)次數(shù)而進(jìn)行精確地控制[9]。但此方法對(duì)前驅(qū)體的要求高，操作復(fù)雜，薄膜的粗糙度受前驅(qū)體溫度、反應(yīng)真空度、基片溫度等多種因素影響，反應(yīng)條件苛刻；反應(yīng)副產(chǎn)物具有毒性會(huì)污染環(huán)境，且設(shè)備成本較高，限制了其商業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。2016年Chien等人[10]采用ALD技術(shù)，將甲基環(huán)戊二烯基三甲基鉑(MeCpPtMe3,99%)和高純度氧氣(O2,99.9995%)用作ALD前驅(qū)物，并將具有高純度(99.9995%)的氮?dú)?N2)氣體用作載體和吹掃氣體。在250℃下循環(huán)50次將高結(jié)晶度的PtNPs沉積到被檸檬酸氧化的碳粉上，將具有超低Pt負(fù)載量(0.05mg·cm-2)PtNPs均勻分散的催化劑用作甲醇電氧化的催化劑材料。圖1.3Pt/CNT納米顆粒合成示意圖
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]One-step synthesis of monodispersed Pt nanoparticles anchored on 3D graphene foams and its application for electrocatalytic hydrogen evolution[J]. Dan Zhou,Bei Jiang,Rui Yang,Xiandeng Hou,Chengbin Zheng. Chinese Chemical Letters. 2020(06)
[2]Active sites engineering of Pt/CNT oxygen reduction catalysts by atomic layer deposition[J]. Jie Gan,Jiankang Zhang,Baiyan Zhang,Wenyao Chen,Dongfang Niu,Yong Qin,Xuezhi Duan,Xinggui Zhou. Journal of Energy Chemistry. 2020(06)
[3]Pd-Ag合金納米線的可見光輔助簡(jiǎn)易合成及其對(duì)乙醇的電催化氧化（英文）[J]. 譚德新,王艷麗. 無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2018(04)
[4]穩(wěn)定于碳納米管的Pt高價(jià)態(tài)物種在不對(duì)稱氫化反應(yīng)中的作用（英文）[J]. 管再鴻,盧勝梅,李燦. 催化學(xué)報(bào). 2015(09)
本文編號(hào)：3233124
【文章來源】：蘭州交通大學(xué)甘肅省
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【學(xué)位級(jí)別】：碩士
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樹枝狀PtNPs合成示意圖
鉑納米材料的光化學(xué)可控合成及其催化應(yīng)用研究-2-2009年Yamamoto課題組[6]通過使用球形大分子苯基偶氮甲胺樹枝狀聚合物為模板合成尺寸可控的PtNPs(圖1.1)，這種樹枝狀聚合物經(jīng)歷了從內(nèi)部亞胺到外部亞胺的逐層逐步的絡(luò)合，可以精確控制籠狀結(jié)構(gòu)中包含的金屬原子數(shù)量。鉑鹽在樹枝狀大分子中積聚并隨后被還原為零價(jià)金屬的過程將形成樹枝狀大分子封裝的金屬簇。樹枝狀聚合物的另一個(gè)重要作用是通過交叉融合保護(hù)所得到的鉑簇免于聚集，即“位點(diǎn)隔離效應(yīng)”，所制備的納米顆粒尺寸非常校圖1.1樹枝狀PtNPs合成示意圖2012年Yu課題組[7]利用具有不同數(shù)量的羥基的第六代聚-(酰氨基胺)(PAMAM)樹枝狀大分子作為模板劑和穩(wěn)定劑制備PtNPs，樹枝狀聚合物提供空穴，以維持小PtNPs的完整性并防止團(tuán)聚。以甲醇為還原劑在pH=9的條件下劑成功地制備了由200個(gè)Pt原子組成的Pt團(tuán)簇。圖1.2Pt/e-RGO-SWCNT納米顆粒合成示意圖
蘭州交通大學(xué)碩士學(xué)位論文-3-2019年Zhang等人[8]通過使用單分散的聚苯乙烯(PS)球作為犧牲模板來制備3D多孔e-RGO以抑制RGO片的再堆疊。同時(shí)，SWCNT穿透e-RGO，制備獨(dú)立的3D互連壓花石墨烯，用于合成具有柔性3D多孔結(jié)構(gòu)的獨(dú)立式Pt/e-RGO-SWCNT薄膜催化劑(圖1.2)。在此過程中，PS球體作為硬模板防止RGO片的聚集，并且SWCNT作為導(dǎo)電骨架加載電解質(zhì)的引入穿透e-RGO并因此將它們波動(dòng)成可伸縮的膜。1.2.2原子層沉積法原子層沉積(ALD)技術(shù)是將前驅(qū)體和氣相交替通入反應(yīng)腔體中，首先讓基體暴露于前驅(qū)體中，當(dāng)前驅(qū)體到達(dá)基體表面之后，會(huì)與沉積基體材料表面的活性基團(tuán)發(fā)生化學(xué)吸附，進(jìn)一步反應(yīng)形成沉積顆粒或薄膜。在前驅(qū)體脈沖之間用惰性氣體進(jìn)行不斷清洗，是前驅(qū)體能否在基體表面化學(xué)吸附并沉積的關(guān)鍵步驟。反應(yīng)過程中生成的揮發(fā)性副產(chǎn)物和未反應(yīng)的前驅(qū)體可以通過惰性氣體的吹掃除去。該方法的優(yōu)點(diǎn)是制得的催化劑金屬顆粒粒徑較小，分散性高，并且由于沉積過程中表面反應(yīng)的自限性，材料沉積的量可以通過調(diào)整ALD的循環(huán)次數(shù)而進(jìn)行精確地控制[9]。但此方法對(duì)前驅(qū)體的要求高，操作復(fù)雜，薄膜的粗糙度受前驅(qū)體溫度、反應(yīng)真空度、基片溫度等多種因素影響，反應(yīng)條件苛刻；反應(yīng)副產(chǎn)物具有毒性會(huì)污染環(huán)境，且設(shè)備成本較高，限制了其商業(yè)化應(yīng)用的進(jìn)程。2016年Chien等人[10]采用ALD技術(shù)，將甲基環(huán)戊二烯基三甲基鉑(MeCpPtMe3,99%)和高純度氧氣(O2,99.9995%)用作ALD前驅(qū)物，并將具有高純度(99.9995%)的氮?dú)?N2)氣體用作載體和吹掃氣體。在250℃下循環(huán)50次將高結(jié)晶度的PtNPs沉積到被檸檬酸氧化的碳粉上，將具有超低Pt負(fù)載量(0.05mg·cm-2)PtNPs均勻分散的催化劑用作甲醇電氧化的催化劑材料。圖1.3Pt/CNT納米顆粒合成示意圖
【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]One-step synthesis of monodispersed Pt nanoparticles anchored on 3D graphene foams and its application for electrocatalytic hydrogen evolution[J]. Dan Zhou,Bei Jiang,Rui Yang,Xiandeng Hou,Chengbin Zheng. Chinese Chemical Letters. 2020(06)
[2]Active sites engineering of Pt/CNT oxygen reduction catalysts by atomic layer deposition[J]. Jie Gan,Jiankang Zhang,Baiyan Zhang,Wenyao Chen,Dongfang Niu,Yong Qin,Xuezhi Duan,Xinggui Zhou. Journal of Energy Chemistry. 2020(06)
[3]Pd-Ag合金納米線的可見光輔助簡(jiǎn)易合成及其對(duì)乙醇的電催化氧化（英文）[J]. 譚德新,王艷麗. 無機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào). 2018(04)
[4]穩(wěn)定于碳納米管的Pt高價(jià)態(tài)物種在不對(duì)稱氫化反應(yīng)中的作用（英文）[J]. 管再鴻,盧勝梅,李燦. 催化學(xué)報(bào). 2015(09)
本文編號(hào)：3233124
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