钌基纳米粒子的可控合成及其催化性能初探

发布时间：2020-07-25 14:55

【摘要】：钌(Ru)作为一种重要的贵金属催化剂,在CO氧化、选择性加氢以及合成氨等多相催化领域具有高效的催化活性。但到目前为止,Ru基合金纳米粒子的可控合成仅停留在对粒径的控制上,对形貌控制的研究相对较少,而对其形貌和尺寸双可控合成的研究更是寥寥无几。本文针对这一问题,采用液相化学还原法,以乙酰丙酮钌、乙酰丙酮铜以及钼酸钠为前驱体,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂,苯甲醇为还原剂和溶剂,成功控制了钌基纳米粒子的形貌和尺寸,制备出双金属RuCu纳米粒子和三金属RuCuMo纳米粒子。主要研究结果如下:(1)通过液相化学还原法制备得到了高度分散和形貌均一的RuCu纳米粒子,平均粒径为29 nm。通过检测合成过程中不同时间点纳米粒子的电化学曲线,探索出RuCu纳米粒子的形成机理,主要是通过欠电位沉积效应,Cu能够在Ru表面形成欠电位沉积单层。(2)制备得到的高度分散的中空RuCuMo纳米粒子的粒径在25 nm左右。探索了还原剂种类、PVP分子量、反应时间以及反应温度对纳米粒子形貌及分散性的影响。其中还原剂的种类对纳米粒子形貌的影响较为显著。通过观测合成过程中不同时间点纳米粒子的TEM图像得出RuCuMo纳米粒子的形成是由于Ru3+和Cu之间发生电镀替换反应而逐渐变成中空结构。(3)合成出的双金属RuCu、三金属RuCuMo纳米粒子对甲醇电催化和硅氢加成反应都有催化性能。本研究成功合成出了具有一定催化活性的钌基纳米粒子,为进一步探究钌基纳米粒子的合成及催化打下了基础。
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O643.36;TB383.1
【图文】：

形貌,实验路

域具有广泛的应用前景。其中贵金属纳米粒子被应用于电催化、应中，表现出较高的催化活性。然而，贵金属的储量稀少、成在工业生产中的应用。相反，非贵金属储量较大、成本低。因杂非贵金属的纳米粒子成为一个极具意义的研宄课题。逡逑材料的独特性质与其形貌、尺寸大小以及分散性有着密切的关控合成变得非常有意义。在铂族金属中，金属Ｒｕ相对比较廉电势比较低，难于被还原，从而限制了它的研宄进展。在金仅可以提高金属钌的还原速率，还可以提高催化剂的催化活可控合成钌基纳米粒子不仅可以拓展金属钌的应用范围，还高催化剂活性。同时，也为进一步探宄钌基纳米粒子的催化容逡逑中，针对钌基纳米粒子的合成过程，提出了如下的实验路线

粒径分布,纳米粒子,粒径分布,合金结构

Ｆｉｇ．２－２邋Ｓｉｚｅ邋ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ邋ｏｆ邋ｔｈｅ邋ｕｒｃｈｉｎ－ｌｉｋｅ邋ＲｕＣｕ邋ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ逡逑Ｈ逡逑图２－３邋ＲｕＣｕ纳米粒子的面扫图像逡逑Ｆｉｇ．２－３邋Ｔｈｅ邋ＥＤＸ邋ｍａｐｐｉｎｇ－ｓｃａｎｎｉｎｇ邋ｏｆ邋ＲｕＣｕ邋ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ逡逑为验证ＲｕＣｕ纳米粒子的合金结构，对纳米粒子进行高角环形暗场（ＨＡＡＤＦ）像与逡逑ＥＤＸ结合测试，在ＳＴＥＭ模式下对样品进行区域ＥＤＸ面扫描。各个像素点的明暗程逡逑度直接正比于该点处元素的含量（叶恒强等，２００３），ＥＤＸ面扫结果如图２－３所示，逡逑１８逡逑

分布情况,纳米粒子

逑结果表明纳米粒子上分布有Ｒｕ和Ｃｕ元素，说明成功制备出ＲｉｉＣｕ纳米粒子。且通逡逑过ＥＤＸ元素分析结果（图２－４）可知所合成的纳米粒子中含有的Ｒｕ与Ｃｕ的原子摩逡逑尔比为２：１，与ＩＣＰ－ＡＥＳ测试结果（０．６４：０．３６）基本一致。Ｒｕ和Ｃｕ原子比为２：１，逡逑与前体投入量比１：１不成正比，这可能是由于Ｃｕ比Ｒｕ难还原，或者可能是在用乙逡逑醇和丙酮洗涤的过程中，部分铜原子溶出。为了检测ＲｕＣｕ纳米粒子中Ｒｕ和Ｃｕ原逡逑子的分布情况，对单个纳米粒子进行ＥＤＸ线扫测试（图２－５）。结果表明Ｒｕ和Ｃｕ逡逑原子随机分布在ＲｕＣｕ纳米粒子上。逡逑Ｅｌｅｍｅｎｔ邋Ｗｅｉｇｈｔ邋％邋Ａｔｏｍｉｃ邋％逡逑Ｒｕ邋７４．８逦６５．１逡逑Ｃｕ邋２５．２逦３４．９逡逑１０００－逡逑爸逡逑Ｑ逡逑５００－逡逑Ｒｕ逡逑Ｒｕ逡逑‘．ｉ＇邋＾４＾－逦逦１逡逑５逦１０逡逑Ｆｎｃｒｇｙ／ｋｅＶ逡逑图２－４邋ＲｕＣｕ纳米粒子的ＥＤＸ结果逡逑Ｆｉｇ．２－４邋Ｔｈｅ邋ＥＤＸ邋ｒｅｓｕｌｔ邋ｏｆ邋ＲｕＣｕ邋ｎａｎｏｐｚｒｔｉｃｌｅｓ逡逑０逦１０逦２０逦３０逦４０逡逑Ｄｉａｍｅｔｅｒ／ｎｍ逡逑图２－５邋ＲｕＣｕ纳米粒子的横截面组成线扫图像逡逑Ｆｉｇ．２－５邋Ｔｈｅ邋ｃｒｏｓｓ－ｓｅｃｔｉｏｎａｌ邋ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎａｌ邋ｌｉｎｅ邋ｐｒｏｆｉｌｅｓ邋ｏｆ邋ＲｕＣｕ邋ｎａｎｏｐａｒｔｉｃｌｅｓ逡逑为了充分证实形成的纳米粒子是合金结构，对合成的ＲｕＣｕ纳米粒子进行了邋ＸＲＤ逡逑表征

【参考文献】