分子辅助Au、Pt纳米复合材料的构筑及其催化性能研究

发布时间：2020-06-17 21:59

【摘要】：多功能复合材料除了具有与其组成有关的性质外,还具有各组分之间协同效应而产生的新功能。因此,本论文旨在利用简单而有效的策略制备由Au、Pt等金属纳米粒子与金属有机骨架化合物(Metal-Organic Frameworks,简称MOFs)或半导体材料等复合而形成的多组分复合结构。探究其局域表面等离子体共振(Localized Surface Plasmon Resonance,简称LSPR)效应增强复合材料的光催化性能和化学选择性催化加氢性能。(1)利用分子辅助异相成核生长的方法,控制合成UiO-66(NH2)封装Au纳米粒子的单核核壳结构(Au@UiO-66(NH2))。在制备过程中,引入HAc(和Ar)或者CO2,促进UiO-66(NH2)在Au纳米粒子表面的成核生长,抑制Au纳米粒子在反应中被刻蚀,从而有利于形成Au@UiO-66(NH2)复合结构。以光催化醇氧化为模型反应,研究LSPR效应增强MOFs材料光催化氧化醇的性能。在可见光照下Au@UiO-66(NH2)核壳结构表现出相对较高的光催化性能。该复合材料光催化氧化苯甲醇对苯甲醛的转化率是UiO-66(NH2)的6倍左右。(2)通过甘氨酸辅助双溶剂热法,制备一系列金属纳米粒子/Ti02的复合材料,包括Au/TiO2、Ag/TiO2、Cu/TiO2和Pt/TiO2,用于光解水制氢反应。实验结果表明,Pt/TiO2在相同的条件下显示了比其他复合材料更高的光催化性能。与紫外-可见光相比,Au/TiO2和Ag/TiO2在紫外光辅助下展现出更高的产氢效率。在紫外-可见光照射下,复合材料的光吸收主要源于TiO2在紫外区域的光跃迁和等离子体金属在可见光区发生的LSPR效应,由瞬态吸收和光电流测试证实了两者之间相反的电荷转移,这种相反的电荷转移可能增强或降低这些复合结构的光催化性能。(3)利用NH2-MIL-125(Ti)作为模板,通过氨基酸辅助溶剂热法,制备多孔空心钛氧化物笼状结构(Porous Hollow Cages of Titanium Oxides,简称PCT),并将其作为载体负载Pt基纳米粒子,片层状的钛氧化物充当形貌脚手架的角色有利于结构的稳定。以α,β-不饱和醛的催化加氢为模型反应,对比各种催化剂催化加氢的实验结果表明,Pt-Co/PCT复合材料对四种α,β-不饱和醛的催化加氢都表现出高转化率和高选择性。在0.1 MPaH2气氛下,催化反应温度为80℃,反应3h,肉桂醛的转化率达到98.5%,生成肉桂醇的选择性为91%。通过调节Pt-Co合金的Pt和Co含量的配比,可以改变Pt-Co/PCT催化剂的催化加氢的选择性。
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TB33
【图文】：

逦分子辅助Ａｕ、Ｐｔ纳米复合材料的构筑及其催化性能研宄逦逡逑或者通过ＬＳＰＲ激发的热电子转移到半导体的导带中，以提氋激发态电子的密度，进而逡逑提高光催化性能。另外，等离子体金属纳米粒子与无机半导体形成的肖特基势垒，可以逡逑作为蓄电子池，促进半导体中电子和空穴的分离。逡逑除此之外，在金属纳米粒子与无机半导体构筑的复合材料中，半导体作为载体既可逡逑以提高金属纳米粒子的分散性，同时也能够调节金属纳米粒子的电子结构，从而改善金逡逑属纳米粒子在有机催化反应中的催化活性和选择性。逡逑’

是阻碍燃料电池商业化的重要的障碍之一。因此，寻找具有低成本效益的途径来生产更逡逑高效的Ｐｔ基合金催化剂是可行的策略之一。李亚栋教授科研小组报道了利用一锅法可逡逑控的合成了邋Ｐｔ－Ｃｕ合金空心纳米晶体（图１．４），通过循环伏安法（Ｃｙｃｌｉｃ邋Ｖｏｌｔａｍｍｅｔｒｙ，逡逑简称ＣＶ）测试其电催化氧化甲醇，Ｐｔ－Ｃｕ合金空心纳米晶体表现出比商业铂黑催化剂、逡逑Ｐｔ／Ｃ催化剂更高的催化活性［３（）］。逡逑Ａ邋ＰｔＮ＇１３邋Ｐｏｌｙｈｅｄｒａ邋Ｂ邋ＰｔＮｉ邋Ｉｎｔｅｒｍｅｄｉａｔｅｓ邋Ｃ邋ＰｔｓＮｉ邋Ｎａｎｏｆｒａｍｅｓ邋Ｄ邋ｗｒｔｈＮｐｔ＇－ｓｋｌｎ？Ｌ＾ａｃｅｓ逡逑＇．．邋，邋１邋－邋？邋／逡逑＂－－－邋．．邋…逡逑图１．５从多面体到纳米框架演化过程中的四个代表性阶段的样品的示意图和透射电镜逡逑照片［３１］逡逑Ｆｉｇ．邋１．５邋Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ邋ｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎｓ邋ａｎｄ邋ｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇ邋ＴＥＭ邋ｉｍａｇｅｓ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｓａｍｐｌｅｓ邋ｏｂｔａｉｎｅｄ邋ａｔ逡逑ｆｏｕｒ邋ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ邋ｓｔａｇｅｓ邋ｄｕｒｉｎｇ邋ｔｈｅ邋ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｆｒｏｍ邋ｐｏｌｙｈｅｄｒａ邋ｔｏ邋ｎａｎｏｆｒａｍｅｓ逡逑杨培东教授科研小组报道了利用Ｐｔ－Ｎｉ双金属纳米材料结构的演变，制备了一种具逡逑有可控的大小、结构和组成的高活性和耐用性的电催化剂。在制备的过程中，ＰｔＮｉ３晶体逡逑聚合物作为起始材料

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