Fe納米粒子的電化學形狀控制合成、結構表征與性能.pdf

1、一般來說，金屬納米催化劑的催化活性可以通過以下兩個途徑來提高：其一，改變金屬納米催化劑的成分，也就是通過改變化學組成和電子結構。其二，改變金屬納米粒子催化劑表面的原子排列結構，即通過調諧表面幾何結構，后者可以通過形貌控制合成來實現。這也是當前納米科技技術的一個重要的前沿研究領域。 電催化和多相催化反應都是表面反應，催化劑作用的關鍵是其表面原子與反應分子之間的相互作用。因此，若能通過形貌控制合成，制備出具有開放的表面原子排列結構的

2、金屬催化劑，將可以顯著提高催化劑的活性和選擇性。這將對催化劑的制備產生重要而深遠的影響。 電化學方法具有獨到的優(yōu)勢，被證明是一種實現納米粒子形狀控制合成的重要方法，該方法通常是在導電基底上，通過陰極還原制備金屬納米粒子或者薄膜，所得到的負載有金屬的電極可直接用于電催化研究。該方法最大優(yōu)點在于它能夠通過改變沉積條件(成核電位，成核時間，生長電位，生長電位，沉積液濃度等)，達到精確調節(jié)納米晶體各個晶面生長速度的目的，進而獲得由特定晶

3、面組成的納米材料。此外電沉積時由于金屬納米粒子被固定在電極表面，顯著消除了團聚現象，鍍液中可以不加穩(wěn)定劑，這有利于催化性能研究。 本論文中，我們發(fā)展了金屬納米晶體表面結構控制和生長的程序電位階躍電沉積方法，成功地實現了對Fe納米晶體形狀和表面結構的精確調控。取得的主要研究結果如下： 1.用循環(huán)伏安(CV)和恒電位(CA)電沉積的方法，在玻碳(GC)基底上制備具有立方體結構的Fe單晶納米粒子，通過SEM，HRTEM，XPS

4、，XRD等手段對其成分，形貌和結構進行了研究 2.成功地通過試驗條件的改變，對立方體形Fe單晶納米粒子粒徑的大小變化進行了控制，得到了一系列粒徑分布的立方體形單晶Fe納米粒子。 3.對立方體形Fe單晶納米粒子的生長機理和電催化活性進行了細致的研究。建立了對本體Fe電極和納米Fe電極活化表面積的標定方法 4.發(fā)展程序電位階躍電沉積方法采用階躍電位法，以玻碳(GC)為基底，通過對生長對電位的精確控制，系統(tǒng)地改變納米粒

5、子表面各種(hkl)密勒指數二維晶核的生長速度，實現了對Fe納米晶體形狀和表面結構的精確調控。成功地制備出具有完美晶型的菱形十二面體、四方雙錐、一系列十八面體，以及立方體Fe單晶納米粒子。 5.對于制備的不同形貌單晶Fe納米粒子的催化性能研究表明，Fe單晶納米粒子的催化性能與其表面開放程度R成正比關系。測得，在0.2MNaOH+0.01MNaNO2溶液中，-1.188V處恒電位反應200s時，立方體形Fe納米催化劑產生的穩(wěn)態(tài)還原

6、電流密度jcube為-7.126 mA.cm-2，約為相同試驗條件下十八面體催化劑產生的穩(wěn)態(tài)還原電流密度的1.8～4.8倍(j18-facet polyhedra為-3.985～1.486 mA.cm-2)；約為菱形十二面體/四方雙錐的27倍(jR-D≈jR-D都約為-0.26 mA.cm-2)；約為本體Fe催化劑的18倍(jbulk-Fe=-0.39 mA.cm-2)。 6.采用程序電位階躍電沉積法，以玻碳(GC)為基底，通過

7、對成核電位和成核時間的調控，成功地制備出八極子、枝晶和平行連晶形單晶Fe納米粒子。通過SEM、STM等技術對八極子的表面結構進行觀察和表征，分析并提出其可能的生長模式。此外，通過運用SEM技術系統(tǒng)而詳細地研究了枝晶和平行連晶形單晶Fe納米粒子的生長過程，并運用HRTEM和SAED分析其晶面結構。研究結果表明，在對亞硝酸鹽的電催化還原過程中，八極子和枝晶狀Fe納米催化劑表現出比立方體Fe更高的催化活性。 本論文發(fā)展的金屬納米催化劑