基于纳米多孔铜电催化材料的制备及其催化和微观结构研究

发布时间：2020-06-29 13:42

【摘要】：纳米多孔金属(NPMs),一种有代表性的纳米材料,在过去数十年间吸引了大量兴趣。NPMs由于它们迷人的优异性能,如大的比表面积、独特的表面结构和高的热、电导率,在催化、燃料电池、传感器、生物探测和制动器等方面有广阔的应用前景而受到了广泛的关注。纳米多孔铜(NPC),一种具有象征性的纳米多孔材料,由于其广阔而有前途的地潜在应用能力,已被广泛研究。尤其,随着表征技术的进步,有着许多特殊和优异性能的纳米多孔铜,比如独特的孔结构、大的比表面积、扩展的特有的表面积、高的电热导率以及低的成本,已经吸引了大量兴趣,来探索它的电化学性能以及扩展它在能源与催化体系中的可能应用。在这里,我们致力于通过多种先进方法制造能应用于催化与能源体系中,工业级的应用的基于NPC的电催化剂。同时,我们研究了微观结构以及孔尺寸分布对NPC催化活性的影响,并开发了一系列用于消除废水中有机废料的催化剂,二氧化碳成烃的电还原,改良的表面增强拉曼光谱。我们已经证实,相比于普通多晶平面铜,纳米多孔铜展现出更加优异的电化学活性,这是由于其更容易的电子/质子转移,产生更快的反应动力学,更有效的电解液离子的接触,以及增加的电催化活性位点。结果描述如下：1.简易的纳米多孔铜制法以及它在甲基蓝染料快速降解的应用能在纳米尺寸最大程度地从过氧化氢中产生活性氧物质的材料被高度需求,用于最大限度增加阳离子降解速率。在这项研究中,NPC首次成功用于利用NPC对甲基蓝进行超快氧化分解。NPC用脱合金法对30-40 at.%Ti的Ti/Cu自然腐蚀。具有均匀,相互渗透的孔-韧带状结构的一致化NPC在过氧化氢解离成活性物质过程起了关键作用,导致了MB的超快降解。结果表明由脱合金法用Ti40Cu60合金制作的具有一致化双边连续结构的NPC,甲基蓝降解遵循一级速率动力学常数κ=44×10-3 min-1,是一片铜箔的30倍高。存在于NPC双连续多孔网络中的大量活性位点解释了它优秀的降解性能。NPC上MB的超快降解暗示了基于它扩大的特殊表面积,三维双连续多孔结构以及增加了的电子传递-传质性能而在催化活性方面的诸多应用。2.三维双连续块状纳米多孔铜的制作与特性以及在SERS中的应用三维双连续块状纳米多孔铜成功通过在氢氟酸中脱合金厚片合金TixCu100-x(x=50,60at.%)自然腐蚀制得。初始合金成分和酸浓度对纳米多孔结构的影响被系统地研究。结果表明合金Ti60Cu40是最早的前驱体。通过优化脱合金溶液浓度和脱合金时间,制作了孔径分布~50-200 nm的NPC。研究发现具有可控孔径的裂纹主体纳米多孔结构导致了表面增强拉曼光谱的关键改善。这项工作开发了可能的方法来制作不易脆,无裂纹,易于控制的主体NPC,用于SERS和其他工业应用。3.二氧化碳在纳米多孔铜催化剂上转化成烃和燃料的电化学还原一致化的双连续的NPC通过化学脱合金制作来检验它将二氧化碳转化成烃的催化活性。相互贯穿的三维双连续一致化纳米多孔铜通过脱合金TixCu100-x(x=30,40 at.%)及甩带法获得。不同的孔径尺寸通过改变脱合金时间,脱合金氢氟酸溶液浓度和初始合金成分获得。NPC上的二氧化碳催化被系统地研究。三维纳米多孔铜表现出加强了的将二氧化碳转化为乙醇的催化活性。电化学分析表明,NPC不仅能催化二氧化碳,也能减少一氧化碳。令人惊讶的多功能NPC催化剂对一氧化碳转化为乙醇产生了极大的贡献。NPC一定会是电还原二氧化碳成烃和燃料的有希望的催化剂。
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：O643.36;TB383.1

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 谭秀兰;李恺;罗炳池;罗江山;吴卫东;唐永建;;去合金化工艺对纳米多孔铜纯度的影响[J];强激光与粒子束;2013年04期

2 史佳卿;陆嘉文;马鸿飞;;星状金纳米晶的制备及应用研究进展[J];人工晶体学报;2016年10期

3 李孟阁;刘文文;王龙飞;王艺璇;;纳米二硫化钼的制备及应用研究进展[J];精细与专用化学品;2016年07期

4 王超;安长华;吴建军;;均分散TiO_2纳米晶的制备及应用研究进展[J];广东化工;2006年07期

5 ;纳米,最熟悉的“陌生人”[J];中国粉体工业;2017年05期

6 ;中科院长春应化所:发现多功能诊疗纳米颗粒[J];中国粉体工业;2018年06期

7 彭金平;;“纳米”来啦 令人脑洞大开的纳米科技[J];中国质量与标准导报;2018年12期

8 叶常琼;;在化工领域中纳米新材料的有效应用分析[J];化工管理;2019年03期

9 ;台积电7纳米制程将于2018年第二季度量产[J];半导体信息;2017年06期

10 李达周;徐桂林;许斌斌;叶舟;谢娇;王雯;;纳米炭标记在家族性腺瘤性息肉病非手术治疗中的应用价值[J];临床消化病杂志;2018年01期

相关会议论文 前10条

1 包信和;;纳米约束体系的催化特性[A];第十四届全国催化学术会议论文集[C];2008年

2 邢瑞;李凯乐;张允虎;司马杨虎;徐世清;;二氧化硅纳米颗粒对家蚕血细胞和造血功能的影响及机制[A];第十二届家（柞）蚕遗传育种暨良种繁育学术研讨会论文集（摘要汇编）[C];2016年

3 李玉红;吴新平;蒋宁新;林明;高飞;董林;龚学庆;彭路明;;暴露不同晶面氧化物纳米结构的固体核磁共振研究[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第十五分会：表界面结构调控与催化[C];2016年

4 陈鹏忠;杨清正;;基于有机发光团纳米晶的光捕获体系[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第二十七分会：光化学[C];2016年

5 陈天虎;谢巧勤;刘海波;庆承松;;纳米矿物与纳米矿物资源[A];2016年全国矿物科学与工程学术研讨会摘要集[C];2016年

6 李祥辉;孙伟明;李春艳;;超碱金属掺杂纳米笼的理论研究[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第四十分会：纳米体系理论与模拟[C];2016年

7 曹朝辉;苏媛媛;何耀;;荧光硅纳米颗粒的摄入机制和细胞命运[A];中国化学会第30届学术年会摘要集-第三十八分会：纳米生物效应与纳米药物化学[C];2016年

8 刘建明;刘善科;韩成;李禾;陈开慧;;纳米矿物技术在现代农业上的应用方向[A];中国地质学会2015学术年会论文摘要汇编（下册）[C];2015年

9 张锶匀;胡仁;田德美;李海兵;;手性杯[4]芳烃功能化仿生纳米通道调控伊立替康的传输[A];全国第十八届大环化学暨第十届超分子化学学术讨论会会议论文集（上）[C];2016年

10 李宏伟;杨雁翔;李研研;赖建军;;纳米线的红外光热效应模拟[A];全国第十五届红外加热暨红外医学发展研讨会论文及论文摘要集[C];2015年

相关重要报纸文章 前10条

1 记者 吴长锋;新型“纳米棒”让二氧化碳变身高效能源[N];科技日报;2018年

2 记者 唐凤;用纳米爪抓住细菌[N];中国科学报;2018年

3 中国科学院科技战略咨询研究院 边文越 冷伏海;我国发展纳米科技的经验、不足与建议[N];中国科学报;2018年

4 本报记者 吴长锋;植入纳米天线，人类或能夜间视物[N];科技日报;2019年

5 通讯员 柯溢能 记者 宋黎胜;纳米药“正负相吸”渗入肿瘤细胞[N];健康报;2019年

6 本报记者 高文;航空施药：纳米农药更高效[N];农民日报;2019年

7 本报记者 李晨阳;纳米酶十年：从原创走向领跑[N];中国科学报;2018年

8 本报记者 沈春蕾;用纳米颗粒改进癌症治疗方式[N];中国科学报;2019年

9 编译 文乐乐;水藻暴发或是纳米颗粒“惹祸”[N];中国科学报;2018年

10 见习记者 高雅丽;中科院与北京市共建纳米能源所[N];中国科学报;2018年

相关博士学位论文 前10条

1 邹锐;铑纳米颗粒催化剂的制备及加氢应用[D];北京化工大学;2016年

2 黄志;纳米仿生皮肤传热传质特性研究[D];武汉大学;2014年

3 杨猛;聚合物修饰的纳米通道膜中物质的传输及其分析应用[D];湖南大学;2015年

4 隋天一;复合基团改性二氧化硅纳米颗粒的制备及润滑行为研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

5 鲁晶;不同尺度下纳米TiO_2在水中聚集和沉积特性研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

6 杨昌玉;非局部理论下纳米结构动力行为的辛方法[D];大连理工大学;2016年

7 焦翔宇;基于亲疏水转换的智能无封堵纳米阀门[D];北京科技大学;2017年

8 相思源;非球形中空聚合物纳米结构的构筑、功能化及性质研究[D];吉林大学;2017年

9 刘津升;基于金纳米棒结构的合成及其等离激元特性研究[D];南京航空航天大学;2015年

10 陈归;金属磷属化合物纳米线的气相合成及其光电器件研究[D];华中科技大学;2014年

相关硕士学位论文 前10条

1 ABBAS AUMBER;基于纳米多孔铜电催化材料的制备及其催化和微观结构研究[D];山东大学;2016年

2 谢芳;择优腐蚀制备新颖金铂异质纳米结构[D];山东大学;2015年

3 陈丁丁;石墨烯上Ⅲ族氮化物纳米线生长研究[D];南京大学;2017年

4 柳悦;基于功能化的金纳米通道分离手性氨基酸的研究[D];上海师范大学;2014年

5 周全;纳米多孔铜的制备及其形成机理研究[D];兰州理工大学;2012年

6 尹硕;纳米多孔铜的微结构及密度控制研究[D];电子科技大学;2011年

7 杨秀娟;金纳米簇的合成与性质的研究[D];长春理工大学;2017年

8 孙怡文;铜锌锡硫纳米结构的制备、相变与光电性能研究[D];合肥工业大学;2017年

9 高琪;铜纳米结构的可控合成及其光学性质研究[D];南京航空航天大学;2017年

10 李宇飞;纳米颗粒/微生物复合体的咔唑降解性能和纳米毒性研究[D];山东大学;2015年

本文编号：2733936