本文關(guān)鍵詞：碳負(fù)載金屬納米材料的制備、表征及其催化性能研究

  更多相關(guān)文章： 金屬納米顆粒 離子液體 濺射 催化 電子結(jié)構(gòu)

【摘要】：納米材料由于具有體相材料所沒有的優(yōu)異物理化學(xué)性能,使其在材料科學(xué)研究和器件應(yīng)用中有著巨大的潛力,現(xiàn)已成為當(dāng)今材料科學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。碳材料負(fù)載金屬及其合金納米復(fù)合材料因其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能,被廣泛的應(yīng)用于催化、電子器件、化學(xué)／生物傳感等眾多領(lǐng)域。金屬納米顆粒的尺寸和形貌等會直接影響到復(fù)合物在實際應(yīng)用中的效能。但是,眾多制備負(fù)載金屬納米材料復(fù)合物的方法都面臨一定的挑戰(zhàn)和困難。所以,如何制備尺寸可控均一、負(fù)載密度高、反應(yīng)活性高、穩(wěn)定性高且多組分比例可調(diào)的納米復(fù)合物是該領(lǐng)域亟需解決的難題之據(jù)此,本論文開發(fā)了一種離子液體輔助濺射沉積制備碳負(fù)載金屬納米材料復(fù)合物的方法。利用此方法制備該類型復(fù)合物,不僅避免了制備過程中使用聚合物、表面活性劑等穩(wěn)定劑及復(fù)合物不易分離等難題,而且還不用對石墨烯和碳納米管等進行任何表面修飾或表面處理,最大限度的保持了其初始結(jié)構(gòu)。此外,在此制備過程中,可以通過改變離子液體種類、濺射時間及濺射電流等有效地控制金屬納米顆粒的尺寸、形貌以及負(fù)載密度；同時,可以靈活的改變靶材的種類以及分散在離子液體中載體的種類來制備多種多樣的納米復(fù)合物。迄今為止我們已經(jīng)合成出Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Ni等多種金屬及其雙金屬納米顆粒與石墨烯、氧化石墨烯、碳納米管、二氧化鈦、二硫化鉬、硅納米線等多種載體組合的復(fù)合產(chǎn)物。本論文系統(tǒng)的研究了離子液體輔助濺射沉積方法合成碳材料負(fù)載金屬納米材料復(fù)合物在多種催化反應(yīng)中的性能研究。具體工作包括以下幾部分：1、制備出以石墨烯、氧化石墨烯和碳納米管為載體負(fù)載的多種單金屬納米顆粒復(fù)合物,如Au, Ag, Pd, Pt, Cu等。并且通過改變制備過程中的實驗條件對其顆粒尺寸、負(fù)載密度等進行有效的調(diào)控。然后通過高分辨X射線光電子能譜對復(fù)合物的電子結(jié)構(gòu)進行分析,對碳載體負(fù)載金屬納米顆粒的機制有了一定的認(rèn)識,并提出了咪唑環(huán)作為芳香環(huán)與碳載體和金屬納米顆粒同時作用以穩(wěn)定金屬納米顆粒的作用機制。2、通過兩步濺射沉積方法制備出了具有核殼結(jié)構(gòu)的Au@Ag和Pd@Ag雙金屬納米顆粒。此類雙金屬顆粒的催化活性要明顯優(yōu)于相應(yīng)地單金屬納米顆粒,如催化活性遠遠低于Pd的Au納米顆粒與沒有催化活性的Ag形成雙金屬之后,其催化活性提高許多,已趕上Pd的催化活性。接下來通過同步輻射表征對此協(xié)同效應(yīng)的機理進行了研究。3、通過兩步濺射沉積方法制備出了石墨烯負(fù)載的AuPd合金納米顆粒復(fù)合物。重點對該雙金屬納米催化劑進行了研究,發(fā)現(xiàn)其在氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)過程中,催化活性隨金屬比例變化的規(guī)律有所不同。通過同步輻射表征等手段對催化劑電子結(jié)構(gòu)表征分析得知,金屬在不同比例時其電子的轉(zhuǎn)移情況會有所不同。而電子結(jié)構(gòu)的差異和尺寸變化等因素共同造成了雙金屬催化劑比例變化對不同催化反應(yīng)的催化活性的差異。本論文針對負(fù)載金屬納米催化劑領(lǐng)域的熱點問題進行了一系列統(tǒng)的研究,包括新方法的開發(fā),催化性能的研究以及從電子結(jié)構(gòu)角度研究催化機理。在金屬納米顆粒的可控制備、雙金屬納米顆粒的協(xié)同效應(yīng)及同步輻射的電子結(jié)構(gòu)表征方面取得了一定的成果,對該體系在形貌-結(jié)構(gòu)-性能關(guān)系上有了更進一步的認(rèn)識。
【關(guān)鍵詞】：金屬納米顆粒 離子液體 濺射 催化 電子結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：蘇州大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TB383.1;O613.71
【目錄】：

• 摘要4-7
• Abstract7-14
• 第一章 緒論14-46
• 1.1 引言14-15
• 1.2 金屬納米顆粒概述15-25
• 1.2.1 金屬納米顆粒的性質(zhì)15-16
• 1.2.2 金屬納米顆粒的制備16-19
• 1.2.3 金屬納米顆粒的穩(wěn)定19-25
• 1.3 碳材料負(fù)載金屬納米顆粒的研究現(xiàn)狀25-34
• 1.3.1 碳材料負(fù)載納米材料應(yīng)用于燃料電池26-31
• 1.3.2 碳材料負(fù)載納米材料應(yīng)用于電子器件31-32
• 1.3.3 碳材料負(fù)載納米材料應(yīng)用于表面增強拉曼32-34
• 1.4 本課題的立項依據(jù)和主要研究內(nèi)容34-35
• 1.4.1 選題的目的和意義34-35
• 1.4.2 研究內(nèi)容35
• 參考文獻35-46
• 第二章 實驗設(shè)備和表征手段46-57
• 2.1 透射電子顯微鏡46-50
• 2.2 X射線光電子能譜50-52
• 2.3 X射線吸收精細結(jié)構(gòu)分析52-55
• 2.4 X射線粉末衍射儀55-56
• 2.5 其他56
• 參考文獻56-57
• 第三章 碳負(fù)載金屬納米顆粒的制備方法57-74
• 3.1 引言57
• 3.2 離子液體概述57-60
• 3.2.1 離子液體的定義57-58
• 3.2.2 離子液體的組成與種類58
• 3.2.3 離子液體的性質(zhì)58-59
• 3.2.4 離子液體的合成方法59
• 3.2.5 離子液體的應(yīng)用59-60
• 3.3 濺射法制備金屬納米顆粒60-67
• 3.3.1 濺射沉積方法60-61
• 3.3.2 離子液體輔助濺射法61-63
• 3.3.3 金屬納米顆粒的形成過程63-65
• 3.3.4 離子液體穩(wěn)定金屬納米顆粒的機理65-67
• 3.4 濺射法制備碳負(fù)載金屬納米材料67-70
• 3.4.1 實驗原料67
• 3.4.2 制備過程67
• 3.4.3 濺射法制備碳材料負(fù)載單金屬納米材料67-68
• 3.4.4 濺射法制備碳材料負(fù)載雙金屬納米材料68-70
• 3.5 小結(jié)70-71
• 參考文獻71-74
• 第四章 單金屬納米顆粒的表征及應(yīng)用74-91
• 4.1 引言74
• 4.2 單金屬納米材料的制備74-75
• 4.2.1 實驗試劑與儀器74-75
• 4.2.2 實驗部分75
• 4.3 碳負(fù)載金納米顆粒75-78
• 4.3.1 Au/氧化石墨烯75-77
• 4.3.2 Au/多壁碳納米管77-78
• 4.4 碳負(fù)載鈀納米顆粒78-82
• 4.4.1 Pd/多壁碳納米管78-81
• 4.4.2 Pd/石墨烯類碳81-82
• 4.5 碳負(fù)載PT納米顆粒82-85
• 4.6 碳載體與金屬納米顆粒的作用機制研究85-88
• 4.7 小結(jié)88-89
• 參考文獻89-91
• 第五章 核殼結(jié)構(gòu)雙金屬納米顆粒的表征及應(yīng)用91-103
• 5.1 引言91
• 5.2 核殼結(jié)構(gòu)雙金屬納米材料的制備91-92
• 5.2.1 實驗試劑與儀器91-92
• 5.2.2 實驗部分92
• 5.3 核殼結(jié)構(gòu)雙金屬納米材料的表征結(jié)果與討論92-97
• 5.3.1 形貌表征92-93
• 5.3.2 元素分布表征93-94
• 5.3.3 X射線衍射表征94-95
• 5.3.4 X射線吸收光譜研究95-96
• 5.3.5 X射線光電子能譜研究96-97
• 5.4 核殼雙金屬納米顆粒的催化性能表征97-101
• 5.4.1 催化反應(yīng)的過程97-98
• 5.4.2 單金屬納米顆粒催化劑98-99
• 5.4.3 金屬納米顆粒催化劑99-100
• 5.4.4 協(xié)同效應(yīng)機理100-101
• 5.5 小結(jié)101
• 參考文獻101-103
• 第六章 合金雙金屬納米顆粒的表征及應(yīng)用103-126
• 6.1 引言103
• 6.2 合金雙金屬納米材料的制備103-104
• 6.2.1 實驗試劑與儀器103-104
• 6.2.2 實驗部分104
• 6.3 石墨烯負(fù)載PDAU金屬納米顆粒(兩步法)的表征104-114
• 6.3.1 形貌表征104-106
• 6.3.2 元素表征106-107
• 6.3.3 紫外可見吸收光譜107-108
• 6.3.4 XRD表征108-109
• 6.3.5 催化活性表征109-112
• 6.3.6 電子結(jié)構(gòu)表征112-114
• 6.4 PDAU金屬納米顆粒的同步輻射擬合分析114-121
• 6.5 小結(jié)121-122
• 參考文獻122-126
• 第七章 全文總結(jié)與展望126-129
• 7.1 總結(jié)126-127
• 7.2 展望127-129
• 攻讀學(xué)位期間本人出版或公開發(fā)表的的論著、論文129-133
• 致謝133-135

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6 林嬡t，

本文編號：634627