脫合金法制備納米多孔金屬和金屬氧化物及其催化性能研究.pdf

1、利用脫合金法制備納米多孔金屬并對(duì)其物理、化學(xué)性能,如力學(xué)、光學(xué)、催化等特性進(jìn)行研究是納米材料領(lǐng)域的一個(gè)新興研究方向,而將脫合金法這一簡(jiǎn)單易行的制備方法進(jìn)行拓寬,合成其他功能納米材料亦具有重要意義。本論文即以脫合金過(guò)程為基礎(chǔ),進(jìn)行了以下三方面的研究。
　　 一、超低Au含量Au-Ag合金的脫合金化過(guò)程研究
　　 煉制了不同原子比例的金銀合金(Au1Ag99,Au5Ag955和Au10A90),并且研究了合金成分、腐蝕方法、

2、腐蝕介質(zhì)和反應(yīng)條件對(duì)產(chǎn)物納米多孔金形貌結(jié)構(gòu)的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,直接在硝酸中進(jìn)行自由腐蝕時(shí),對(duì)于低Au含量合金,硝酸濃度越低越有利于形成三維網(wǎng)狀納米多孔結(jié)構(gòu),但是濃度降低到1 M左右腐蝕反應(yīng)基本停止,所得納米多孔Au的壁厚在30 m左右；采用電化學(xué)腐蝕方法,在硝酸和高氯酸溶液中均可制得結(jié)構(gòu)均勻的納米多孔金,壁厚約5 nm；在中性的硝酸鉀溶液中得到的是Ag2O粉末,但是在硝酸和硝酸鉀的混合溶液中也可獲得尺寸勻稱(chēng)的納米多孔金結(jié)構(gòu)；特別的是,

3、通過(guò)在稀硝酸中加入氟化銨進(jìn)行電化學(xué)腐蝕可得到孔壁尺寸僅有2 nm左右但形貌結(jié)構(gòu)均勻的納米多孔金。
　　 二、納米多孔金在葡萄糖氧化反應(yīng)中的催化活性研究
　　 通過(guò)簡(jiǎn)單的脫合金化方法制備了不同尺寸和不同含Ag量的納米多孔金催化劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,即使是孔壁尺寸大于10 nm時(shí),這種無(wú)負(fù)載的納米多孔金催化劑對(duì)葡萄糖氧化生成葡萄糖酸的反應(yīng)都具有良好的催化活性和催化選擇性?？妆诔叽鐬? nm的納米多孔金表現(xiàn)出最高的催化活性而且不容

4、易失活；30 nm的納米多孔金表現(xiàn)出良好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。研究還發(fā)現(xiàn),納米多孔金催化劑中的殘留Ag并沒(méi)有提高其對(duì)葡萄糖氧化反應(yīng)的催化活性?；谏鲜鲅芯拷Y(jié)果,我們認(rèn)為納米多孔金中邊、角處的Au原子是納米多孔金的反應(yīng)活性位。葡萄糖氧化反應(yīng)的反應(yīng)動(dòng)力學(xué)研究說(shuō)明,在納米多孔金表面發(fā)生的葡萄糖氧化反應(yīng)的速控步驟是孔中葡萄糖分子的內(nèi)部擴(kuò)散和葡萄糖分子在催化劑表面的吸附?？偟膩?lái)說(shuō),由于完全不同的催化劑結(jié)構(gòu)和反應(yīng)進(jìn)程,納米多孔金的催化活性無(wú)法和納米金顆粒相

5、媲美,但是納米多孔金卻具有作為催化劑的獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),如易于制備、回收和循環(huán)利用；催化劑材料結(jié)構(gòu)上的連續(xù)性和良好的導(dǎo)電性使其表面容易功能化修飾上其他材料并以此來(lái)設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)新型器件,如適合工業(yè)應(yīng)用的薄膜反應(yīng)器等。
　　 三、貴金屬摻雜納米多孔TiO2的制備及其催化性能研究
　　 開(kāi)發(fā)了一條新穎的合成路線,以金屬間化合物TiAl3、Ti1-xAuxAl3、Ti1-xPtxAl3和Ti1-xPdxAl3作為源材料,通過(guò)堿腐蝕.酸處

6、理.高溫退火這一途徑成功制備了貴金屬Au、Pt、Pd摻雜的納米多孔TiO2。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,用濃堿液對(duì)金屬間化合物進(jìn)行腐蝕后,必須將產(chǎn)物進(jìn)行酸化.退火處理才能得到納米多孔的銳鈦礦TiO2。以脫合金化過(guò)程為基礎(chǔ)的這一制備方法可以推廣到其他金屬氧化物或復(fù)合氧化物的合成領(lǐng)域。對(duì)所得產(chǎn)物的光催化活性進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn),摻雜Au、Pt、Pd可有效提高納米多孔TiO2的光催化活性,說(shuō)明采用脫合金這一簡(jiǎn)單方法可以制備貴金屬摻雜的TiO2光催化劑,并達(dá)到提高其