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(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(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,在此制備過程中,可以通過改變離子液體種類、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(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),并提出了咪唑環(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(yuǎn)遠(yuǎn)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(lái)通過同步輻射表征對(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(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(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)構(gòu)-性能關(guān)系上有了更進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。
【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(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：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(qiáng)拉曼32-34
• 1.4 本課題的立項(xiàng)依據(jù)和主要研究?jī)?nèi)容34-35
• 1.4.1 選題的目的和意義34-35
• 1.4.2 研究?jī)?nèi)容35
• 參考文獻(xiàn)35-46
• 第二章 實(shí)驗(yàn)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(xì)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(xiàn)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(jī)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(shí)驗(yàn)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(xiàn)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(shí)驗(yàn)試劑與儀器74-75
• 4.2.2 實(shí)驗(yàn)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(jī)制研究85-88
• 4.7 小結(jié)88-89
• 參考文獻(xiàn)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(shí)驗(yàn)試劑與儀器91-92
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)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(jī)理100-101
• 5.5 小結(jié)101
• 參考文獻(xiàn)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(shí)驗(yàn)試劑與儀器103-104
• 6.2.2 實(shí)驗(yàn)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(xiàn)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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