碳負(fù)載金屬納米材料的制備、表征及其催化性能研究.pdf

1、納米材料由于具有體相材料所沒(méi)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(diǎn)。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(huì)直接影響到復(fù)合物在實(shí)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

2、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一。
　　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(guò)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(duì)石墨烯和碳納米管等進(jìn)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(guò)程中，可以通過(guò)改變離子液體種類、濺射時(shí)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

3、負(fù)載密度；同時(shí)，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(lái)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

4、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A u，A g，Pd，Pt，Cu等。并且通過(guò)改變制備過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)條件對(duì)其顆粒尺寸、負(fù)載密度等進(jìn)行有效的調(diào)控。然后通過(guò)高分辨X射線光電子能譜對(duì)復(fù)合物的電子結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，對(duì)碳載體負(fù)載金屬納米顆粒的機(jī)制有了一定的認(rèn)識(shí)，并提出了瞇唑環(huán)作為芳香環(huán)與碳載體和金屬納米顆粒同時(shí)作用以穩(wěn)定金屬納米顆粒的作用機(jī)制。
　　2、通過(guò)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

5、@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(yuǎn)遠(yuǎn)低于Pd的Au納米顆粒與沒(méi)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(lái)通過(guò)同步輻射表征對(duì)此協(xié)同效應(yīng)的機(jī)理進(jìn)行了研究。
　　3、通過(guò)兩步派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(diǎn)對(duì)該雙金屬納米催化劑進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)其在氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)過(guò)程中，催化活性隨金屬比例變化的規(guī)律有所不同。通過(guò)

6、同步輻射表征等手段對(duì)催化劑電子結(jié)構(gòu)表征分析得知，金屬在不同比例時(shí)其電子的轉(zhuǎn)移情況會(huì)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(duì)不同催化反應(yīng)的催化活性的差異。
　　本論文針對(duì)負(fù)載金屬納米催化劑領(lǐng)域的熱點(diǎn)問(wèn)題進(jìn)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(jī)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(duì)該體系在形貌-結(jié)