金、二氧化鈰及其復(fù)合材料的可控合成、表征與催化性能研究.pdf

1、納米催化材料由于其特有的量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)等性能,顯現(xiàn)出許多特殊性質(zhì)。貴金屬、稀土氧化物及其復(fù)合材料是燃料電池、氧傳感器、三效催化劑、先進(jìn)結(jié)構(gòu)陶瓷、石油化工等領(lǐng)域中廣泛使用的催化劑。進(jìn)一步提高其催化活性、穩(wěn)定性和利用效率一直是相關(guān)領(lǐng)域的重大科學(xué)問題和關(guān)鍵工程技術(shù)問題。為此,本論文以 Au、CeO2及其復(fù)合物為研究對(duì)象,采用水熱、溶劑熱、室溫溶液法等合成方法,在不同形貌修飾劑的輔助下,分別制備出CeO2等級(jí)微結(jié)構(gòu)、圓片狀Ce1

2、-xZnxO2-δ固溶體和五重孿晶金納米顆粒。采用各種檢測(cè)技術(shù)對(duì)所制備的樣品進(jìn)行表征,并對(duì)所合成產(chǎn)物的形成機(jī)理和催化性能進(jìn)行了初步的討論,并對(duì)其合成規(guī)律進(jìn)行歸納和總結(jié),為其它貴金屬、稀土氧化物及其復(fù)合材料的合成提供理論依據(jù)和實(shí)驗(yàn)路線。本論文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)高度均勻CeO2等級(jí)微結(jié)構(gòu)的合成與催化性能研究
　　在生物大分子明膠存在的條件下,通過簡(jiǎn)單的混合溶劑熱法成功制備了高度均勻煎餅狀CeOHCO3等級(jí)微結(jié)構(gòu)。將Ce

3、OHCO3等級(jí)微結(jié)構(gòu)在650℃,空氣中鍛燒4 h后得到具有類似煎餅狀CeO2等級(jí)結(jié)構(gòu)?？刂迫軇┙M成比例、明膠濃度和堿源,選擇性合成CeOHCO3微結(jié)構(gòu)。對(duì)所合成的產(chǎn)物進(jìn)行XRD、FTIR、SEM、TEM、HRTEM、SAED等基本表征。對(duì)產(chǎn)物的形成機(jī)理進(jìn)行了簡(jiǎn)單的討論。最后將合成的CeO2作為載體,負(fù)載納米金顆粒制成所需要的催化劑,并研究其對(duì)CO催化氧化的轉(zhuǎn)化效率。研究表明 T50和T90的轉(zhuǎn)化溫度分別為240℃和300℃。與傳統(tǒng)催化劑

4、相比,催化效率有所提升。
　　(2)圓片狀Ce1-xZnxO2-δ固溶體的水熱合成、表征及其CO催化氧化研究
　　在無表面活性劑的條件下,采用非傳統(tǒng)的組裝過程,合成了一系列圓片狀Ce1-xZnxO2-δ固溶體催化劑。通過摻雜改變二氧化鈰的氧缺陷濃度,從而增強(qiáng)二氧化鈰的催化活性。改變反應(yīng)物用量、反應(yīng)時(shí)間和溫度等參數(shù)來控制產(chǎn)物的形貌。利用XRD、SEM、TEM、BET和UV-vis等測(cè)試方法對(duì)樣品進(jìn)行了表征。表征顯示圓片狀Ce1

5、-xZnxO2-δ固溶體是由10 nm的小片組成,比表面積為10.18 m2?g-1。此外,我們還制備了Au/Ce1-xZnxO2-δ復(fù)合物,利用Au與Ce1-xZnxO2-δ固溶體的協(xié)同催化作用,進(jìn)一步促進(jìn)CO的催化氧化能力的提高。測(cè)試結(jié)果表明,所制備的Ce1-xZnxO2-δ固溶體能有效去除CO氣體,使CO完全氧化的溫度降低至85℃,顯示出很好的實(shí)際應(yīng)用前景。
　　(3)高指數(shù)晶面凹形十面體和大尺寸截角十面體金納米顆粒的簡(jiǎn)單合

6、成與表征
　　通過改變反應(yīng)條件,成功合成了兩種五重孿晶金十面體和十二邊形金納米片,并對(duì)其生長(zhǎng)機(jī)理進(jìn)行了討論。結(jié)果表明所制備的凹形十面體表面為高指數(shù)晶面{221}結(jié)構(gòu),共40個(gè)晶面。截角十面體的尺寸為250-350 nm,打破了截角五重孿晶只有在5 nm以下才能存在的假設(shè)。對(duì)其電催化活性進(jìn)行了測(cè)試,結(jié)果表明氧化電位比低指數(shù)晶面的氧化電位要低得多,是納米催化劑合成的一大突破。該方法提供了一種簡(jiǎn)單控制凹形、截角、片狀等納米結(jié)構(gòu)的合成方法

7、。
　　(4)高度枝狀的凹形Au-Pd雙金屬合金納米顆粒的合成、表征及其電催化性能與SERS增強(qiáng)性能研究
　　面心立方金屬納米晶體沒有內(nèi)在的動(dòng)力導(dǎo)致晶體生長(zhǎng)成具有高度各向異性的納米結(jié)構(gòu),使得溶液相合多枝形的金屬納米結(jié)構(gòu)極具挑戰(zhàn)性。現(xiàn)在我們?cè)谑覝厮芤褐?通過晶種媒介共還原Au和Pd的前驅(qū)物合成了高度多枝形的Au-Pd雙金屬合金納米結(jié)構(gòu)。出乎意料的是,每個(gè)枝都具有凹形結(jié)構(gòu),且其表面是備受關(guān)注的高指數(shù)晶面{hh1}。根據(jù)反應(yīng)時(shí)間