金、二氧化鈰及其復合材料的可控合成、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、宏觀量子隧道效應等性能,顯現(xiàn)出許多特殊性質。貴金屬、稀土氧化物及其復合材料是燃料電池、氧傳感器、三效催化劑、先進結構陶瓷、石油化工等領域中廣泛使用的催化劑。進一步提高其催化活性、穩(wěn)定性和利用效率一直是相關領域的重大科學問題和關鍵工程技術問題。為此,本論文以 Au、CeO2及其復合物為研究對象,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等級微結構、圓片狀Ce1

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

3、OHCO3等級微結構在650℃,空氣中鍛燒4 h后得到具有類似煎餅狀CeO2等級結構?？刂迫軇┙M成比例、明膠濃度和堿源,選擇性合成CeOHCO3微結構。對所合成的產物進行XRD、FTIR、SEM、TEM、HRTEM、SAED等基本表征。對產物的形成機理進行了簡單的討論。最后將合成的CeO2作為載體,負載納米金顆粒制成所需要的催化劑,并研究其對CO催化氧化的轉化效率。研究表明 T50和T90的轉化溫度分別為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,從而增強二氧化鈰的催化活性。改變反應物用量、反應時間和溫度等參數(shù)來控制產物的形貌。利用XRD、SEM、TEM、BET和UV-vis等測試方法對樣品進行了表征。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復合物,利用Au與Ce1-xZnxO2-δ固溶體的協(xié)同催化作用,進一步促進CO的催化氧化能力的提高。測試結果表明,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℃,顯示出很好的實際應用前景。
　　(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單合

6、成與表征
　　通過改變反應條件,成功合成了兩種五重孿晶金十面體和十二邊形金納米片,并對其生長機理進行了討論。結果表明所制備的凹形十面體表面為高指數(shù)晶面{221}結構,共40個晶面。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。對其電催化活性進行了測試,結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單控制凹形、截角、片狀等納米結構的合成方法

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增強性能研究
　　面心立方金屬納米晶體沒有內在的動力導致晶體生長成具有高度各向異性的納米結構,使得溶液相合多枝形的金屬納米結構極具挑戰(zhàn)性?，F(xiàn)在我們在室溫水溶液中,通過晶種媒介共還原Au和Pd的前驅物合成了高度多枝形的Au-Pd雙金屬合金納米結構。出乎意料的是,每個枝都具有凹形結構,且其表面是備受關注的高指數(shù)晶面{hh1}。根據反應時間