多功能貴金屬納米顆粒的設(shè)計合成及催化性能的研究.pdf

1、貴金屬金、鈀等及其雙金屬納米顆粒因其具有獨特的光學(xué)、電學(xué)和協(xié)同催化性能引起了科研人員的廣泛關(guān)注。尤其在催化領(lǐng)域，設(shè)計結(jié)構(gòu)合理和可循環(huán)使用的納米催化劑以降低成本及提高利用率已經(jīng)成為該領(lǐng)域的研究熱點。此外，具有空心或孔結(jié)構(gòu)納米材料由于比表面積高、密度低和材料消耗低等特點，不但具有高的催化效率，還能夠有效的節(jié)約貴金屬資源。同時，利用磁性納米顆粒作為載體，使貴金屬材料能夠作為可循環(huán)使用的催化劑，可以降低成本提高利用率。四氧化三鐵納米顆粒（Fe3

2、O4 NPs）具有粒徑小、磁響應(yīng)性強、便于磁性分離回收等優(yōu)點，使得超順磁性Fe3O4 NPs為載體合成磁性貴金屬納米復(fù)合材料成為研究熱點之一。本文用一步無模板法制備金納米空心球，種子生長法合成Fe3O4@Au空心球，利用Fe3O4作為模板設(shè)計合成了雙金屬Au-Pd磁性復(fù)合納米顆粒，并利用透射電子顯微鏡（TEM）、高角環(huán)形暗場掃描透射電鏡（HAADF-STEM）、掃描電子顯微鏡（SEM）及能譜（EDX）、X-射線粉末衍射（XRD）、X-射

3、線光電子能譜（XPS）等分析方法對其形貌、成分和結(jié)構(gòu)充分的進行了表征，利用典型的硼氫化鈉（NaBH4）還原對硝基苯酚（4-NP）和鐵氰化鉀（K3Fe(CN)6）的催化反應(yīng)來驗證金納米空心球，F(xiàn)e3O4@Au空心球，F(xiàn)e3O4@Au-Pd復(fù)合納米顆粒這3種材料的催化活性，同時其催化性能用紫外可見吸收光譜系統(tǒng)跟蹤表征。具體的研究內(nèi)容如下：
　　(1)利用2-巰基噻唑啉（2-MT）作為還原劑和穩(wěn)定劑，通過一步無模板法合成了金空心納米球（

4、GHNSs）。GHNSs是空心球殼，尺寸均勻，具有大的比表面積，外徑約為120nm，內(nèi)徑約為90nm，球殼壁厚為20-25nm，組成球殼的Au NPs尺寸約為5nm。GHNSs用于催化NaBH4還原4-NP和K3Fe(CN)6溶液，具有較高的催化性能，并且能夠回收重復(fù)利用，至少能夠重復(fù)使用5次，結(jié)果表明GHNSs具有高效的催化活性、良好的循環(huán)性和穩(wěn)定性。
　　(2)以具有孔結(jié)構(gòu)的Fe3O4球作為模板，設(shè)計合成Fe3O4@Au空心球

5、，利用尺寸為3.5nm的Au NPs均勻的修飾在Fe3O4空心球內(nèi)外表面，基于金納米種子，在金生長溶液中，Au NPs進一步原位生長到6nm左右，得到Fe3O4@Au空心球。利用Fe3O4@Au空心球作為催化劑，催化NaBH4還原4-NP和K3Fe(CN)6溶液，表現(xiàn)出較高的催化性能，利用磁鐵能夠容易地從反應(yīng)后的溶液中分離出催化劑Fe3O4@Au空心球，并且，回收的Fe3O4@Au空心球重復(fù)使用6次后仍具有催化活性，實驗結(jié)果表明Fe3O

6、4@Au空心球具有較高的催化活性和較好的穩(wěn)定性和循環(huán)性。
　　(3)在Fe3O4空心球為模板的基礎(chǔ)上合成Fe3O4@Pd和Fe3O4@Au-Pd復(fù)合納米顆粒。通過TEM和SEM表征Fe3O4@Pd和Fe3O4@Au-Pd，尺寸約為20nm的Pd NPs均勻分散在Fe3O4空心球上，通過HAADF-STEM表征Fe3O4@Au-Pd表面的納米顆粒為Au-Pd的雙金屬結(jié)構(gòu)，尺寸為20-25nm?？疾霧e3O4@Pd和Fe3O4@Au-