铂纳米材料的光化学可控合成及其催化应用研究
发布时间：2021-06-16 12:59
铂（Pt）金属纳米材料因其独特的物理、化学性质而具有高效的催化性能,可控合成Pt催化剂一直是科学研究的热点问题。本论文利用可见光作为光源,K2[PtCl4]作为Pt源,在不同的溶液体系中,研究了K2[PtCl4]水解、底物在载体表面的物理和化学吸附以及动力学控制合成Pt纳米催化剂机理。通过傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、X射线衍射（XRD）、能量色散X射线光谱（EDS）等多种表征手段对合成的催化剂的形貌及组成等进行了研究,并通过典型的对硝基苯酚（4-NP）还原及甲醇电催化氧化实验评估了催化剂的活性。主要工作包括以下几个方面:（1）在K2[PtCl4]水溶液中,测定了溶液在不同光照条件下酸碱度、紫外吸收光谱的变化,研究表明可见光可以促进[PtCl4]2-的水解从而影响其物种分布,且可见光的强度越大、波长越短,[PtCl4]2-中的Cl-越...
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
树枝状PtNPs合成示意图
铂纳米材料的光化学可控合成及其催化应用研究-2-2009年Yamamoto课题组[6]通过使用球形大分子苯基偶氮甲胺树枝状聚合物为模板合成尺寸可控的PtNPs(图1.1)，这种树枝状聚合物经历了从内部亚胺到外部亚胺的逐层逐步的络合，可以精确控制笼状结构中包含的金属原子数量。铂盐在树枝状大分子中积聚并随后被还原为零价金属的过程将形成树枝状大分子封装的金属簇。树枝状聚合物的另一个重要作用是通过交叉融合保护所得到的铂簇免于聚集，即“位点隔离效应”，所制备的纳米颗粒尺寸非常校图1.1树枝状PtNPs合成示意图2012年Yu课题组[7]利用具有不同数量的羟基的第六代聚-(酰氨基胺)(PAMAM)树枝状大分子作为模板剂和稳定剂制备PtNPs，树枝状聚合物提供空穴，以维持小PtNPs的完整性并防止团聚。以甲醇为还原剂在pH=9的条件下剂成功地制备了由200个Pt原子组成的Pt团簇。图1.2Pt/e-RGO-SWCNT纳米颗粒合成示意图
兰州交通大学硕士学位论文-3-2019年Zhang等人[8]通过使用单分散的聚苯乙烯(PS)球作为牺牲模板来制备3D多孔e-RGO以抑制RGO片的再堆叠。同时，SWCNT穿透e-RGO，制备独立的3D互连压花石墨烯，用于合成具有柔性3D多孔结构的独立式Pt/e-RGO-SWCNT薄膜催化剂(图1.2)。在此过程中，PS球体作为硬模板防止RGO片的聚集，并且SWCNT作为导电骨架加载电解质的引入穿透e-RGO并因此将它们波动成可伸缩的膜。1.2.2原子层沉积法原子层沉积(ALD)技术是将前驱体和气相交替通入反应腔体中，首先让基体暴露于前驱体中，当前驱体到达基体表面之后，会与沉积基体材料表面的活性基团发生化学吸附，进一步反应形成沉积颗粒或薄膜。在前驱体脉冲之间用惰性气体进行不断清洗，是前驱体能否在基体表面化学吸附并沉积的关键步骤。反应过程中生成的挥发性副产物和未反应的前驱体可以通过惰性气体的吹扫除去。该方法的优点是制得的催化剂金属颗粒粒径较小，分散性高，并且由于沉积过程中表面反应的自限性，材料沉积的量可以通过调整ALD的循环次数而进行精确地控制[9]。但此方法对前驱体的要求高，操作复杂，薄膜的粗糙度受前驱体温度、反应真空度、基片温度等多种因素影响，反应条件苛刻；反应副产物具有毒性会污染环境，且设备成本较高，限制了其商业化应用的进程。2016年Chien等人[10]采用ALD技术，将甲基环戊二烯基三甲基铂(MeCpPtMe3,99%)和高纯度氧气(O2,99.9995%)用作ALD前驱物，并将具有高纯度(99.9995%)的氮气(N2)气体用作载体和吹扫气体。在250℃下循环50次将高结晶度的PtNPs沉积到被柠檬酸氧化的碳粉上，将具有超低Pt负载量(0.05mg·cm-2)PtNPs均匀分散的催化剂用作甲醇电氧化的催化剂材料。图1.3Pt/CNT纳米颗粒合成示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]One-step synthesis of monodispersed Pt nanoparticles anchored on 3D graphene foams and its application for electrocatalytic hydrogen evolution[J]. Dan Zhou,Bei Jiang,Rui Yang,Xiandeng Hou,Chengbin Zheng. Chinese Chemical Letters. 2020(06)
[2]Active sites engineering of Pt/CNT oxygen reduction catalysts by atomic layer deposition[J]. Jie Gan,Jiankang Zhang,Baiyan Zhang,Wenyao Chen,Dongfang Niu,Yong Qin,Xuezhi Duan,Xinggui Zhou. Journal of Energy Chemistry. 2020(06)
[3]Pd-Ag合金纳米线的可见光辅助简易合成及其对乙醇的电催化氧化（英文）[J]. 谭德新,王艳丽. 无机化学学报. 2018(04)
[4]稳定于碳纳米管的Pt高价态物种在不对称氢化反应中的作用（英文）[J]. 管再鸿,卢胜梅,李灿. 催化学报. 2015(09)
本文编号：3233124
【文章来源】：兰州交通大学甘肃省
【文章页数】：71 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
树枝状PtNPs合成示意图
铂纳米材料的光化学可控合成及其催化应用研究-2-2009年Yamamoto课题组[6]通过使用球形大分子苯基偶氮甲胺树枝状聚合物为模板合成尺寸可控的PtNPs(图1.1)，这种树枝状聚合物经历了从内部亚胺到外部亚胺的逐层逐步的络合，可以精确控制笼状结构中包含的金属原子数量。铂盐在树枝状大分子中积聚并随后被还原为零价金属的过程将形成树枝状大分子封装的金属簇。树枝状聚合物的另一个重要作用是通过交叉融合保护所得到的铂簇免于聚集，即“位点隔离效应”，所制备的纳米颗粒尺寸非常校图1.1树枝状PtNPs合成示意图2012年Yu课题组[7]利用具有不同数量的羟基的第六代聚-(酰氨基胺)(PAMAM)树枝状大分子作为模板剂和稳定剂制备PtNPs，树枝状聚合物提供空穴，以维持小PtNPs的完整性并防止团聚。以甲醇为还原剂在pH=9的条件下剂成功地制备了由200个Pt原子组成的Pt团簇。图1.2Pt/e-RGO-SWCNT纳米颗粒合成示意图
兰州交通大学硕士学位论文-3-2019年Zhang等人[8]通过使用单分散的聚苯乙烯(PS)球作为牺牲模板来制备3D多孔e-RGO以抑制RGO片的再堆叠。同时，SWCNT穿透e-RGO，制备独立的3D互连压花石墨烯，用于合成具有柔性3D多孔结构的独立式Pt/e-RGO-SWCNT薄膜催化剂(图1.2)。在此过程中，PS球体作为硬模板防止RGO片的聚集，并且SWCNT作为导电骨架加载电解质的引入穿透e-RGO并因此将它们波动成可伸缩的膜。1.2.2原子层沉积法原子层沉积(ALD)技术是将前驱体和气相交替通入反应腔体中，首先让基体暴露于前驱体中，当前驱体到达基体表面之后，会与沉积基体材料表面的活性基团发生化学吸附，进一步反应形成沉积颗粒或薄膜。在前驱体脉冲之间用惰性气体进行不断清洗，是前驱体能否在基体表面化学吸附并沉积的关键步骤。反应过程中生成的挥发性副产物和未反应的前驱体可以通过惰性气体的吹扫除去。该方法的优点是制得的催化剂金属颗粒粒径较小，分散性高，并且由于沉积过程中表面反应的自限性，材料沉积的量可以通过调整ALD的循环次数而进行精确地控制[9]。但此方法对前驱体的要求高，操作复杂，薄膜的粗糙度受前驱体温度、反应真空度、基片温度等多种因素影响，反应条件苛刻；反应副产物具有毒性会污染环境，且设备成本较高，限制了其商业化应用的进程。2016年Chien等人[10]采用ALD技术，将甲基环戊二烯基三甲基铂(MeCpPtMe3,99%)和高纯度氧气(O2,99.9995%)用作ALD前驱物，并将具有高纯度(99.9995%)的氮气(N2)气体用作载体和吹扫气体。在250℃下循环50次将高结晶度的PtNPs沉积到被柠檬酸氧化的碳粉上，将具有超低Pt负载量(0.05mg·cm-2)PtNPs均匀分散的催化剂用作甲醇电氧化的催化剂材料。图1.3Pt/CNT纳米颗粒合成示意图
【参考文献】：
期刊论文
[1]One-step synthesis of monodispersed Pt nanoparticles anchored on 3D graphene foams and its application for electrocatalytic hydrogen evolution[J]. Dan Zhou,Bei Jiang,Rui Yang,Xiandeng Hou,Chengbin Zheng. Chinese Chemical Letters. 2020(06)
[2]Active sites engineering of Pt/CNT oxygen reduction catalysts by atomic layer deposition[J]. Jie Gan,Jiankang Zhang,Baiyan Zhang,Wenyao Chen,Dongfang Niu,Yong Qin,Xuezhi Duan,Xinggui Zhou. Journal of Energy Chemistry. 2020(06)
[3]Pd-Ag合金纳米线的可见光辅助简易合成及其对乙醇的电催化氧化（英文）[J]. 谭德新,王艳丽. 无机化学学报. 2018(04)
[4]稳定于碳纳米管的Pt高价态物种在不对称氢化反应中的作用（英文）[J]. 管再鸿,卢胜梅,李灿. 催化学报. 2015(09)
本文编号：3233124
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