脫合金法制備納米多孔金屬和金屬氧化物及其催化性能研究.pdf

1、利用脫合金法制備納米多孔金屬并對其物理、化學(xué)性能,如力學(xué)、光學(xué)、催化等特性進行研究是納米材料領(lǐng)域的一個新興研究方向,而將脫合金法這一簡單易行的制備方法進行拓寬,合成其他功能納米材料亦具有重要意義。本論文即以脫合金過程為基礎(chǔ),進行了以下三方面的研究。
　　 一、超低Au含量Au-Ag合金的脫合金化過程研究
　　 煉制了不同原子比例的金銀合金(Au1Ag99,Au5Ag955和Au10A90),并且研究了合金成分、腐蝕方法、

2、腐蝕介質(zhì)和反應(yīng)條件對產(chǎn)物納米多孔金形貌結(jié)構(gòu)的影響。實驗結(jié)果表明,直接在硝酸中進行自由腐蝕時,對于低Au含量合金,硝酸濃度越低越有利于形成三維網(wǎng)狀納米多孔結(jié)構(gòu),但是濃度降低到1 M左右腐蝕反應(yīng)基本停止,所得納米多孔Au的壁厚在30 m左右；采用電化學(xué)腐蝕方法,在硝酸和高氯酸溶液中均可制得結(jié)構(gòu)均勻的納米多孔金,壁厚約5 nm；在中性的硝酸鉀溶液中得到的是Ag2O粉末,但是在硝酸和硝酸鉀的混合溶液中也可獲得尺寸勻稱的納米多孔金結(jié)構(gòu)；特別的是,

3、通過在稀硝酸中加入氟化銨進行電化學(xué)腐蝕可得到孔壁尺寸僅有2 nm左右但形貌結(jié)構(gòu)均勻的納米多孔金。
　　 二、納米多孔金在葡萄糖氧化反應(yīng)中的催化活性研究
　　 通過簡單的脫合金化方法制備了不同尺寸和不同含Ag量的納米多孔金催化劑。實驗結(jié)果表明,即使是孔壁尺寸大于10 nm時,這種無負(fù)載的納米多孔金催化劑對葡萄糖氧化生成葡萄糖酸的反應(yīng)都具有良好的催化活性和催化選擇性。孔壁尺寸為6 nm的納米多孔金表現(xiàn)出最高的催化活性而且不容

4、易失活；30 nm的納米多孔金表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。研究還發(fā)現(xiàn),納米多孔金催化劑中的殘留Ag并沒有提高其對葡萄糖氧化反應(yīng)的催化活性?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果,我們認(rèn)為納米多孔金中邊、角處的Au原子是納米多孔金的反應(yīng)活性位。葡萄糖氧化反應(yīng)的反應(yīng)動力學(xué)研究說明,在納米多孔金表面發(fā)生的葡萄糖氧化反應(yīng)的速控步驟是孔中葡萄糖分子的內(nèi)部擴散和葡萄糖分子在催化劑表面的吸附?？偟膩碚f,由于完全不同的催化劑結(jié)構(gòu)和反應(yīng)進程,納米多孔金的催化活性無法和納米金顆粒相

5、媲美,但是納米多孔金卻具有作為催化劑的獨特的優(yōu)勢,如易于制備、回收和循環(huán)利用；催化劑材料結(jié)構(gòu)上的連續(xù)性和良好的導(dǎo)電性使其表面容易功能化修飾上其他材料并以此來設(shè)計和開發(fā)新型器件,如適合工業(yè)應(yīng)用的薄膜反應(yīng)器等。
　　 三、貴金屬摻雜納米多孔TiO2的制備及其催化性能研究
　　 開發(fā)了一條新穎的合成路線,以金屬間化合物TiAl3、Ti1-xAuxAl3、Ti1-xPtxAl3和Ti1-xPdxAl3作為源材料,通過堿腐蝕.酸處

6、理.高溫退火這一途徑成功制備了貴金屬Au、Pt、Pd摻雜的納米多孔TiO2。實驗結(jié)果表明,用濃堿液對金屬間化合物進行腐蝕后,必須將產(chǎn)物進行酸化.退火處理才能得到納米多孔的銳鈦礦TiO2。以脫合金化過程為基礎(chǔ)的這一制備方法可以推廣到其他金屬氧化物或復(fù)合氧化物的合成領(lǐng)域。對所得產(chǎn)物的光催化活性進行研究發(fā)現(xiàn),摻雜Au、Pt、Pd可有效提高納米多孔TiO2的光催化活性,說明采用脫合金這一簡單方法可以制備貴金屬摻雜的TiO2光催化劑,并達(dá)到提高其