貴金屬納米晶合成及其性能研究.pdf

1、作為化石能源的替代，燃料電池的產(chǎn)業(yè)化是全球的夢想。至今為止，Pt仍被認(rèn)為是燃料電池的氧化和還原反應(yīng)中最有效的電催化劑。然而，Pt對CO的低的抗毒性以及其高的成本限制了其廣范應(yīng)用。作為一個更有希望的方式，Pt-M雙金屬電催化劑由于協(xié)同效應(yīng)，常顯示超過其母體金屬的電子和化學(xué)性能。這為具有增強選擇性、活性、穩(wěn)定性的新的電催化劑的開發(fā)提供了機會。例如，在以Xia小組先驅(qū)合成Pd@Pt之后，由于其優(yōu)越的性能，雙金屬核/殼粒子的制備被研究者關(guān)注，也

2、涌現(xiàn)出了諸多核-殼粒子的報道。但是目前為止，制備這種結(jié)構(gòu)相對單金屬是很困難的，由金屬鹽的還原速度不同而導(dǎo)致的復(fù)雜的合成條件。不僅如此，另外，在合成過程中所使用的結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)劑，由于其對金屬晶面非常牢固的吸附性，后期難以去除。這使得合成的催化劑活性都不能達(dá)到預(yù)期的效果。
　　針對以上問題，急需開發(fā)一種簡單可行的，不使用結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)劑的制備高性能金屬催化劑的合成方法。因此我們采取紫外光還原合成金屬納米粒子，不使用任何表面活性劑或結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)劑，通

3、過自組裝合成Pt納米花和Pd@Pt雙金屬催化劑，呈現(xiàn)出優(yōu)異的催化性能。
　　利用銀鏡反應(yīng)原理，使用葡萄糖作為還原劑還原氯金酸，在表面活性劑存在條件下制備單分散Au納米粒子，使用紫外-可見光譜研究了在反應(yīng)體系中添加表面活性劑對于所制備產(chǎn)物的形貌尺寸，穩(wěn)定性產(chǎn)生的影響。結(jié)果表明，陰離子及非離子表面活性劑的添加有利于減緩銀鏡反應(yīng)速度，陰離子型表面活性劑體系可獲得尺寸為15 nmAu納米粒子簇，能獲得一定的分散性;在非離子型表面活性劑體系

4、中可獲得5-10 nm球形Au納米粒子，分散性較好。這有望成為Au晶種合成其他雙金屬和多金屬催化劑。
　　通過一種簡單，易操作的光誘導(dǎo)方法合成Pt納米花狀結(jié)構(gòu)，并呈現(xiàn)出較好的甲醇氧化性能。在紫外光作用下，實驗體系中不添加任何表面活性劑和結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)劑，用甲醇作還原劑還原H2PtCl6溶液，獲得Pt納米花狀結(jié)構(gòu)，通過調(diào)節(jié)甲醇與水的比例，甲醇的替代品，光強參數(shù)，前驅(qū)體的濃度得到最佳的實驗參數(shù)來研究Pt納米花形成因素，同時也研究隨時間變化形

5、貌的進化過程推斷Pt納米花形成機理。最后對甲醇催化性能的表征，呈現(xiàn)出較高的催化活性:在酸性介質(zhì)中Pt納米花結(jié)構(gòu)質(zhì)量比活性是商業(yè)Pt/C的2.3倍，是商業(yè)Pt黑的3.9倍;在堿性介質(zhì)中Pt納米花結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比活性是商業(yè)Pt/C的2.8倍，是商業(yè)Pt黑的5倍。
　　在單金屬基礎(chǔ)上，我們研究Pd@Pt雙金屬催化劑的制備條件及甲醇催化性能的表征。首先對Pd晶種合成條件的調(diào)控，得到最佳合成晶種的條件，然后以Pd晶種為核，研究Pd@Pt合成的最

6、佳實驗條件，并調(diào)查前驅(qū)體量對形貌的影響，通過對隨時間變化形貌的變化，推斷出直接光照，甲醇還原金屬納米粒子的形成機理。另外借助XPS對催化劑表面價態(tài)和元素分布的調(diào)查。進一步驗證最佳實驗條件下得到的Pd@Pt具有高的催化活性和穩(wěn)定性:在酸性介質(zhì)中Pd@Pt納米結(jié)構(gòu)質(zhì)量比活性是Pt納米花結(jié)構(gòu)的2.7倍，是商業(yè)Pt/C的6.4倍，是商業(yè)Pt黑的10.5倍;在堿性介質(zhì)中Pd@Pt納米結(jié)構(gòu)的質(zhì)量比活性是Pt納米花結(jié)構(gòu)的2.5倍，商業(yè)Pt/C的7.1