Au-Pd双金属催化剂的制备及其催化性能研究

发布时间：2017-05-30 02:10

  本文关键词：Au-Pd双金属催化剂的制备及其催化性能研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在材料科学中,由于“协同效应”,通过混合不同金属形成的合金具有一些特殊的性质,被广泛应用在催化、光学和磁学等领域。金-钯(Au-Pd)双金属催化剂在催化领域有着广泛的应用。例如,在普通催化中常用于醇类氧化、炔类加氢及一氧化碳氧化；光催化中常用于醇类、醛类氧化及有机物降解；电催化中常用于醇类燃料电池,甲酸燃料电池及传感器。本论文主要研究了二氧化钛纳米带(TiO2-NB)负载金、钯单金属和双金属纳米颗粒的制备与表征,及其对苯甲醇可见光有氧氧化反应的光催化活性。以及整体式表面多孔金钯合金的制备、表征及其对甲醇和乙醇的电催化氧化性能。具体内容包括：1. Au/TiO2-NB的制备及其光催化性能我们以P25为前驱体,水热法制备钛酸纳米带。通过控制钛酸纳米带的煅烧温度,合成了单晶相TiO2(B)、锐钛矿和双晶相TiO2(B)/锐钛矿三种结构不同的二氧化钛纳米带。采用沉积-沉淀的方法在三种纳米带表面沉积金纳米颗粒,形成二氧化钛纳米带负载金(Au/TiO2-NB)催化剂。透射电子显微镜观察发现,合成的金颗粒高度均匀地分布在二氧化钛纳米带表面。X射线电子能谱和紫外可见漫反射测定表明,沉积的金纳米颗粒以金属态存在,并且金纳米颗粒的电子特性和光吸收特性不受纳米带晶型结构的影响。相对于单晶相TiO2(B)和锐钛矿纳米带负载金催化剂(Au/T-1和Au/T-3),双晶相TiO2(B)/锐钛矿纳米带负载金催化剂(Au/T-2)对苯甲醇可见光有氧氧化具有更高的催化活性。以Au/T-2为光催化剂,可见光下反应5h后苯甲醛的生成量为12.5 μmol,远高于Au/T-1和Au/T-3样品。光电流测定显示,无金属负载二氧化钛纳米带没有光电流,说明在可见光照射下,二氧化钛不能被激发,而三种Au/TiO2-NB样品都有明显的光电流响应,说明金等离子共振产生的热电子可以克服肖特基势垒转移至二氧化钛纳米带的导带,并且Au/T-2样品的光电流明显大于Au/T-1和Au/T-3样品。上述研究结果显示,双晶相TiO2(B)/锐钛矿纳米带能够有效促进金纳米颗粒中光生热电子的转移,从而使其具有更高的光催化活性。2. Au-Pd/TiO2-NB的制备及其光催化性能我们以双晶相TiO2(B)/锐钛矿纳米带作为载体,采用沉积-沉淀的方法,合成负载型金钯(Au-Pd/T-2)双金属催化剂。透射电子显微镜观察发现所合成金属颗粒的尺寸在2 nm左右,并且高度均匀的分布在纳米带表面。X射线电子能谱和紫外可见漫反射测定表明,金属颗粒为Au-Pd双金属纳米合金结构。相对于单一金属催化剂(Au/T-2和Pd/T-2),Au-Pd/T-2表现出了更高的催化活性,相同时间内苯甲醛的生成量是Au/T-2的三倍,Pd/T-2的五倍。光电流测试结果显示,Au-Pd/T-2的光电流响应小于Au/T-2,说明Au-Pd/T-2良好的光催化活性与金属之间的“协同效应”有关,金上的热电子有一部分转移至钯,使其成为新的反应活性位点,加速化学反应。3.多孔Au-Pd合金的制备及其电催化性能我们利用合金化/去合金化法在耐腐蚀金钯银合金丝表面构建多孔金钯合金。制备过程包括银的电沉积、高温煅烧在合金丝表面形成富银的新合金相和表面新合金相在1M高氯酸中的电腐蚀。扫描电子显微镜观察和X射线衍射分析表明,合金丝表面的多孔结构由纳米尺寸的金钯合金颗粒组成。电化学表征发现,多孔金钯合金的形貌和组成可以通过控制腐蚀时间进行调控。这种表面多孔化的导电金属丝是一种整体材料,无需涂覆,可直接用作电极,我们将其应用到甲醇和乙醇的电催化氧化中。结果发现,它对这两者有很好的电催化效果,具体表现为较负的起始氧化电位、较大的氧化电流密度、较好的抗毒性和稳定性。样品对甲醇和乙醇的起始氧化电位分别为-0.58和-0.69 V,最大氧化电流密度为575.8和623.9 mA/cm2,其催化活性优于已报道的纳米多孔金钯。
【关键词】：Au-Pd双金属 二氧化钛异质结构 光催化 等离子共振 电催化
【学位授予单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O643.36
【目录】：

• 摘要9-11
• ABSTRACT11-14
• 符号说明14-15
• 第一章 绪论15-39
• 1.1 等离子共振金属纳米结构15-18
• 1.1.1 等离子共振金属纳米结构的研究进展15-16
• 1.1.2 等离子共振金属纳米结构在化学反应中的作用机理16-18
• 1.2 Au/TiO_2纳米结构的制备及光催化活性18-25
• 1.2.1 TiO_2光催化体系18-20
• 1.2.2 Au/TiO_2异质结构光催化剂的制备20-22
• 1.2.3 Au/TiO_2光催化剂的应用22-25
• 1.3 Au-Pd双金属催化剂的研究现状与进展25-29
• 1.3.1 双金属协同效应25-27
• 1.3.2 Au-Pd双金属催化剂的应用27-29
• 1.4 选题目的及意义29-31
• 参考文献31-39
• 第二章 Au-Pd/TiO_2-NB双金属催化剂对苯甲醇的可见光催化氧化39-67
• 2.1 引言39-40
• 2.2 实验药品和仪器40-42
• 2.3 样品的制备42-44
• 2.3.1 二氧化钛纳米带(TiO_2-NB)的制备42-43
• 2.3.2 Au/TiO_2-NB和Au/P25的制备43
• 2.3.3 Au-Pd/TiO_2-NB的制备43-44
• 2.4 样品的表征44
• 2.5 样品的光催化性能评价44-45
• 2.6 样品的光电化学性能测定45
• 2.7 TiO_2-NB晶型结构对光催化活性的影响45-53
• 2.7.1 样品的结构与组成45-46
• 2.7.2 样品的形貌46-48
• 2.7.3 样品的紫外-可见漫反射光谱及XPS价态分析48-49
• 2.7.4 样品的光催化性能49-51
• 2.7.5 样品的光电流测定51-53
• 2.8 Au-Pd/TiO_2-NB样品的实验结果与讨论53-60
• 2.8.1 样品的结构与组成53-54
• 2.8.2 样品的形貌54-56
• 2.8.3 样品的紫外-可见漫反射光谱及XPS价态分析56-57
• 2.8.4 样品的光催化性能57-58
• 2.8.5 样品的光电流测定58-59
• 2.8.6 机理分析59-60
• 2.9 本章结论60-62
• 参考文献62-67
• 第三章 纳米多孔Au-Pd双金属催化剂对甲醇和乙醇的电催化氧化67-85
• 3.1 引言67-69
• 3.2 实验药品和仪器69-70
• 3.3 样品的制备70
• 3.4 样品的表征70-71
• 3.5 样品的电催化性能评价71
• 3.6 结果与讨论71-79
• 3.6.1 腐蚀电位的确定71-72
• 3.6.2 样品的结构与组成72-73
• 3.6.3 样品的形貌73-74
• 3.6.4 样品的电化学表征74-75
• 3.6.5 样品的甲醇电催化活性75-76
• 3.6.6 样品的乙醇电催化活性76-77
• 3.6.7 样品的电催化稳定性77-79
• 3.7 本章小结79-81
• 参考文献81-85
• 第四章 结束语85-87
• 本文的主要创新点87
• 需要进一步研究的问题87-89
• 致谢89-91
• 硕士期间的科研成果91-92
• 附件92

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