Pd基双金属异质结构纳米晶的合成及催化性能的研究

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由于第二种金属的加盟,双金属纳米晶改变了两种金属的结合能和电子构型,有望产生新的物理或化学性质。同时,两种金属的协同作用可使其获得比相应单一金属更优异的性能,在催化、医学等方面具有重要的应用前景。因此,近年来,双金属纳米晶的合成一直是研究的热点。本论文主要采用种子生长法,通过控制反应的动力学参数合成了Pd-Ag、Pd-Au、Pd-Pt、Pd-Ru等异质结构纳米晶,探究它们的生长方式,并评估相应纳米晶的催化性能,主要包含以下三部分:(1)以Pd纳米线为种子,通过调控温度、封端剂的浓度、前驱体的浓度等影响动力学的因素,有效优化了Ag沉积速率和表面扩散速率的比例,进而实现了Ag在Pd纳米线上的选择性外延生长,合成了不同包覆程度的Pd-Ag异质结构纳米晶。随后,该思路被拓展至Pd-Au异质结构纳米晶的合成。利用光照条件下,甲苯和邻二甲苯的无溶剂耗氧氧化反应评估了上述纳米晶的催化性能。结果显示,Ag和Au的局域表面等离子体共振效应显著提升了金属的光催化性能。(2)以Pd纳米线为种子,使用乙二醇、苯甲醇、N,N-二甲基甲酰胺等还原性溶剂,通过调控反应物的用量、时间和温度等因素,实现了Pt在Pd纳米线上的可控外延生长,制备了不同形貌和结构的Pd-Pt异质结构纳米晶。用硝基苯的加氢反应,评估其催化性能。催化结果表明具有锯齿状结构的Pd-Pt纳米晶的催化性能最高,同时反映出锯齿状结构处的缺陷和原子台阶是提高催化性能的重要因素。(3)在上述工作基础上,以Pd纳米线为种子,利用溶剂热法的简便性和乙二醇既能作溶剂又能做还原剂的优势,同时通过调控Ru Cl3的量、温度和时间实现了Ru在Pd纳米线上的有效沉积,制备了Pd-Ru异质结构纳米晶。利用电化学析氢反应(HER)评估了所获得纳米晶的电催化性能。结果显示,Pd和Ru投料比为1:1.5时所形成的纳米晶具有与商业Pt/C可比拟的析氢性能。
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