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纳米钯颗粒形貌控制合成及其电催化性能研究

作　者: 李灿
导　师: 黄涛
学　校: 中南民族大学
专　业: 无机化学
关键词: 钯 纳米颗粒 形貌控制合成 乙酰丙酮钯 油浴法 一氧化碳 乙二胺四乙二酸钠 四角刺形钯纳米晶 电催化
分类号: O614.823
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
下　载: 28次
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内容摘要


铂族金属纳米簇的形貌调控是研究其催化性能形貌相关性的基础。铂族金属被广泛用作催化剂，为进一步提高其催化活性和选择性，近年来，人们探索了单分散的铂族金属纳米结构的尺寸和形貌控制合成，利用表面活性剂、高分子化合物等作为稳定剂制备得到不同粒径、不同形貌的铂族金属纳米颗粒，例如，纳米立方体、正二十面体、六角片、纳米花冠、纳米线、内凹四面体、四足/三菱形纳米晶等，为进一步研究铂族金属纳米簇的形貌与其催化性能间的构效关系奠定了基础。本文主要探索了不同形貌Pd纳米晶的控制合成方法，并初步考察了其电催化性能。以PdCl2为前躯体，三缩四乙二醇（TEG）为溶剂和还原剂，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为保护剂，在一定量KI存在下，在160oC油浴下反应3h，合成出形貌单一、大小均匀的四方形钯纳米片，产物用透射电子显微镜（TEM）、X-射线粉末衍射（XRD）、X-射线光电子能谱（XPS）等进行了表征。I对四方形钯纳米片的形成起决定作用，PVP/PdCl2/KI最佳摩尔比为1/1/35。以乙酰丙酮钯为前躯体，聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为保护剂，DMF和水为溶剂，CO为还原剂，在适量乙二胺四乙二酸钠（EDTA·2Na）存在下，100℃下油浴加热反应3h，成功制备出形貌均一、单分散的四角刺形钯纳米晶。运用UV-vis吸收光谱、TEM、XRD、XPS等对产物进行了表征，考察了反应参数对四角刺形Pd纳米晶制备的影响，结果显示，EDTA·2Na的存在及CO的流速是四角刺形Pd纳米颗粒形成的关键因素。EDTA·2Na在Pd晶粒表面的吸附改变了CO的覆盖量，由于CO与EDTA·2Na在Pd晶粒表面的共同吸附作用，使Pd纳米颗粒限域生长，促使四角刺形钯纳米晶的形成。通过电催化氧化甲酸研究了不同形貌Pd纳米颗粒的电催化活性。电催化氧化甲酸的循环伏安显示，四角刺形钯纳米晶体在0.35V有最大电流密度10.58mA·cm-2，四面体钯纳米晶体在0.177V有最大电流密度8.77mA·cm-2，六角纳米片在0.171V有最大电流密度7.66mA·cm-2，而在同样条件下，四方形钯纳米片在0.42V处有最大电流密度4.41mA·cm-2。电催化甲酸的活性大小依次为：四角刺形>四面体>六边形纳米片>立方体，显示其催化活性与钯纳米晶的形貌和结构紧密相关。

全文目录


摘要  8-9
ABSTRACT  9-11
第一章 绪论  11-24
  1.1 纳米材料  11
  1.2 纳米颗粒的尺寸与形貌  11-12
  1.3 纳米颗粒的一般制备方法  12-14
  1.4 钯纳米颗粒形貌控制合成机理研究  14-19
  1.5 合金纳米粒子的研究进展  19-20
  1.6 钯纳米颗粒催化应用  20-23
    1.6.1 PVP 的去除  20-21
    1.6.2 Suzuki 反应  21-22
    1.6.3 甲酸的催化氧化  22-23
  1.7 本论文的研究设想  23-24
第二章 油浴法控制合成四方形钯纳米片  24-34
  2.1 引言  24
  2.2 实验部分  24-26
    2.2.1 实验试剂和仪器  24-25
    2.2.2 试验方法  25-26
      2.2.2.1 立方形钯纳米颗粒的制备  25-26
      2.2.2.2 TEM 测试  26
      2.2.2.3 XRD 测试  26
      2.2.2.4 XPS 测试  26
  2.3 结果与讨论  26-32
    2.3.1 钯纳米颗粒的 TEM 表征  26-27
    2.3.2 钯纳米颗粒的 XRD 分析  27-28
    2.3.3 XPS 表征  28-29
    2.3.4 KI 的影响  29-30
    2.3.5 前躯体的影响  30-31
    2.3.6 反应温度的影响  31-32
    2.3.7 反应时间的影响  32
  2.4 反应机理讨论  32-33
  2.5 小结  33-34
第三章 控制合成四角刺形钯纳米晶  34-50
  3.1 引言  34-35
  3.2 实验部分  35-36
    3.2.1 试剂及仪器  35-36
    3.2.2 实验方法  36
      3.2.2.1 四角刺形钯纳米颗粒的制备  36
      3.2.2.2 TEM 测试  36
      3.2.2.3 XRD 测试  36
      3.2.2.4 XPS 测试  36
  3.3 结果与讨论  36-48
    3.3.1 TEM 测试  36-37
    3.3.2 XRD 表征  37-38
    3.3.3 XPS 表征  38-39
    3.3.4 UV-vis 吸收光谱分析  39-40
    3.3.5 反应温度对四角刺形纳米钯合成的影响  40-41
    3.3.6 反应时间对合成四角刺纳米钯的影响  41-43
    3.3.7 PVP 对四角刺纳米钯合成的影响  43-44
    3.3.8 EDTA·2Na 对四角刺纳米钯合成的影响  44-46
    3.3.9 一氧化碳对四角刺纳米钯合成的影响  46-48
  3.5 反应机理讨论  48
  3.6 小结  48-50
第四章 钯纳米晶对甲酸氧化的电催化性能  50-58
  4.1 引言  50-51
  4.2 实验部分  51-54
    4.2.1 试剂及仪器  51-52
    4.2.2 实验方法  52-54
      4.2.2.1 四角刺形钯纳米晶体颗粒的制备  52
      4.2.2.2 四方块形钯纳米颗粒的制备  52
      4.2.2.3 四面体钯纳米粒子的制备  52-53
      4.2.2.4 六边形钯纳米片的制备  53
      4.2.2.5 钯纳米颗粒对玻炭电极的修饰  53
      4.2.2.6 钯纳米催化剂电催化氧化甲酸测试  53
      4.2.2.7 TEM 测试  53-54
  4.3 结果与讨论  54-57
    4.3.1 TEM 测试  54-55
    4.3.3 电催化氧化甲酸循环伏安  55-57
  4.4 小结  57-58
结论  58-60
参考文献  60-68
致谢  68-69
附录 A 攻读学位期间所发表的学术论文目录  69

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中图分类: > 数理科学和化学 > 化学 > 无机化学 > 金属元素及其化合物 > 第Ⅷ族金属元素及其化合物 > 铂系金属元素 > 钯Pa
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