碳負載金屬納米材料的制備、表征及其催化性能研究.pdf

1、納米材料由于具有體相材料所沒有的優(yōu)異物理化學性能，使其在材料科學研究和器件應用中有著巨大的潛力，現(xiàn)已成為當今材料科學領域的研究熱點。碳材料負載金屬及其合金納米復合材料因其特殊的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能，被廣泛的應用于催化、電子器件、化學/生物傳感等眾多領域。金屬納米顆粒的尺寸和形貌等會直接影響到復合物在實際應用中的效能。但是，眾多制備負載金屬納米材料復合物的方法都面臨一定的挑戰(zhàn)和困難。所以，如何制備尺寸可控均一、負載密度高、反應活性高、穩(wěn)定性高

2、且多組分比例可調(diào)的納米復合物是該領域亟需解決的難題之一。
　　據(jù)此，本論文開發(fā)了一種離子液體輔助濺射沉積制備碳負載金屬納米材料復合物的方法。利用此方法制備該類型復合物，不僅避免了制備過程中使用聚合物、表面活性劑等穩(wěn)定劑及復合物不易分離等難題，而且還不用對石墨烯和碳納米管等進行任何表面修飾或表面處理，最大限度的保持了其初始結(jié)構(gòu)。此外，在此制備過程中，可以通過改變離子液體種類、濺射時間及濺射電流等有效地控制金屬納米顆粒的尺寸、形貌以及

3、負載密度；同時，可以靈活的改變靶材的種類以及分散在離子液體中載體的種類來制備多種多樣的納米復合物。迄今為止，我們已經(jīng)合成出Au, Ag, Pd, Pt, Cu, Ni等多種金屬及其雙金屬納米顆粒與石墨烯、氧化石墨烯、碳納米管、二氧化鈦、二硫化鉬、硅納米線等多種載體組合的復合產(chǎn)物。
　　本論文系統(tǒng)的研究了離子液體輔助濺射沉積方法合成碳材料負載金屬納米材料復合物在多種催化反應中的性能研究。具體工作包括以下幾部分：
　　1、制備出

4、以石墨烯、氧化石墨烯和碳納米管為載體負載的多種單金屬納米顆粒復合物，如A u，A g，Pd，Pt，Cu等。并且通過改變制備過程中的實驗條件對其顆粒尺寸、負載密度等進行有效的調(diào)控。然后通過高分辨X射線光電子能譜對復合物的電子結(jié)構(gòu)進行分析，對碳載體負載金屬納米顆粒的機制有了一定的認識，并提出了瞇唑環(huán)作為芳香環(huán)與碳載體和金屬納米顆粒同時作用以穩(wěn)定金屬納米顆粒的作用機制。
　　2、通過兩步濺射沉積方法制備出了具有核殼結(jié)構(gòu)的Au@Ag和Pd

5、@Ag雙金屬納米顆粒。此類雙金屬顆粒的催化活性要明顯優(yōu)于相應地單金屬納米顆粒，如催化活性遠遠低于Pd的Au納米顆粒與沒有催化活性的Ag形成雙金屬之后，其催化活性提高許多，已趕上Pd的催化活性。接下來通過同步輻射表征對此協(xié)同效應的機理進行了研究。
　　3、通過兩步派射沉積方法制備出了石墨烯負載的AuPd合金納米顆粒復合物。重點對該雙金屬納米催化劑進行了研究，發(fā)現(xiàn)其在氧化反應和還原反應過程中，催化活性隨金屬比例變化的規(guī)律有所不同。通過

6、同步輻射表征等手段對催化劑電子結(jié)構(gòu)表征分析得知，金屬在不同比例時其電子的轉(zhuǎn)移情況會有所不同。而電子結(jié)構(gòu)的差異和尺寸變化等因素共同造成了雙金屬催化劑比例變化對不同催化反應的催化活性的差異。
　　本論文針對負載金屬納米催化劑領域的熱點問題進行了一系列統(tǒng)的研究，包括新方法的開發(fā)，催化性能的研究以及從電子結(jié)構(gòu)角度研究催化機理。在金屬納米顆粒的可控制備、雙金屬納米顆粒的協(xié)同效應及同步輻射的電子結(jié)構(gòu)表征方面取得了一定的成果，對該體系在形貌-結(jié)