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双金属纳米结构的可控合成及形成机理研究

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摘要

第一章 绪论

1.1 贵金属纳米材料概述

1.1.1 贵金属纳米材料简介

1.1.2 贵金属纳米材料的分类

1.1.3 贵金属纳米材科的基本性质和应用

1.2 异质纳米结构研究的意义

1.3 贵金属异质纳米结构的可控合成

1.3.1 贵金属纳米晶体可控合成的意义

1.3.2 单金属纳米晶体的可控合成

1.3.3 双金属异质结构的可控合成

1.4 本论文的选题依据和研究内容

参考文献

第二章 基于费米能级调控的Au-Pd异质结的可控合成

2.1 前言

2.2 实验部分

2.2.1 实验试剂

2.2.2 实验步骤

2.2.3 仪器表征

2.2.4 电化学测试

2.3 实验结果与讨论

2.3.1 无还原剂溶液的条件下Au-Pd异质结的形貌和结构表征

2.3.2 机理探讨

2.3.3 有还原剂溶液的条件下Au-Pd异质结的形貌和结构表征

本章小结

参考文献

第三章Au@Pd、Au@Ag、Au@Pt纳米异质结的形成机理研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.2.1 实验试剂

3.2.2 实验步骤

3.2.3 仪器表征

3.2.4 电化学测试

3.3 实验结果与讨论

3.3.1 Au@Pd纳米异质结的形貌和结构表征及机理探讨

3.3.2 Au@Ag纳米异质结的形貌和结构表征及机理探讨

3.3.3 Au@Pt纳米异质结的形貌和结构表征及机理探讨

本章小结

参考文献

第四章 Pt-Co、Pt-Fe合金纳米线的可控合成及电化学性质研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.2.1 实验试剂

4.2.2 实验步骤

4.2.3 仪器表征

4.2.4 电化学测试

4.3 实验结果与讨论

4.3.1 超细Pt纳米线的形貌和结构表征

4.3.2 超细Pt-Co合金纳米线的形貌和结构裹征

4.3.2 超细Pt-Co合金纳米线的电催化性能测试

4.3.3 超细Pt-Fe合金纳米线的形貌和结构裹征

4.3.4 超细Pt-Fe合金纳米线的电催化性能测试

本章小结

参考文献

附录:攻读硕士学位期间发表论文情况

致谢

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摘要

贵金属纳米材料由于其独特的物理、化学性质而被广泛应用于催化、生物医学等领域。近年来,Au、Ag、Pd、Pt等贵金属纳米结构的可控合成取得了很好的发展,各种形貌和尺寸的纳米晶体被成功制备得到。随着纳米技术的发展和纳米材料的广泛应用,单一组分的贵金属纳米材料已经不能满足人们对多功能材料的需求。因此,制备出集成了多种功能的贵金属纳米异质结构是解决这些问题的有效途径之一。如何有效地调控贵金属纳米异质结构表面和界面的性质,设计合成具有特定形貌、尺寸及物理和化学性质的纳米异质结构是纳米材料领域中一个重要的研究方向。其中,对于贵金属纳米异质结构生长机理的研究尤为重要,对于其深入理解有助于贵金属纳米异质结构的合理构筑与性能优化。 本论文主要围绕贵金属纳米异质结构可控合成的生长机制开展研究,工作可分为Pd-Au异质结、Au@Pd核壳结构以及Pt-Co、Fe合金三个方面。本论文主要内容如下: 在第一章,我们简要地对贵金属纳米材料的研究现状、异质纳米结构研究的意义和贵金属异质纳米结构的可控合成进行了回顾和总结,并阐明了我们研究工作的目的和意义。 在第二章,我们从金属费米能级调控的角度对水相体系中Pd种子法生长Au-Pd纳米异质结构的生长机理进行了探讨。我们提出,通过比较Au电极和Pd电极在生长溶液中的开路电位,可以确定Au和Pd在生长溶液中费米能级的相对位置;通过Pd-Au异质结建立时自由电子的流向,进而判断出Pd-Au异质结构的生长模式。基于此原理,通过改变还原剂浓度等手段,对Au和Pd金属在生长溶液中费米能级的相对位置进行调控,进而实现了Au在Pd种子上的生长模式从异质二聚体(单点结构)到各向同性(核壳结构)的转变。这种测量开路电位预测双金属异质结结构的方法对合成其他具有特殊结构和形貌的双金属异质纳米材料具有指导意义。 在第三章,我们进一步利用通过开路电位确定贵金属在生长溶液中费米能级相对位置的方法,对以Au八面体为种子生长Au@Pd、Au@Ag、Au@Pt核壳结构进行了系统的研究。我们发现,在上述这三个异质体系中,Au电极的开路电位始终高于Pd电极、Ag电极和Pt电极的开路电位。也就是说,在生长溶液中Au的费米能级始终低于Ag、Pd和Pt,因此当Ag、Pd和Pt分别沉积在Au晶种上后,沉积的Ag、Pd和Pt上的电子会在Au晶种上富集,进而诱导生长溶液中Ag+、[PdCl4]2-和[PtCl6]2-被还原时更容易沉积在Au纳米八面体晶种上,形成核壳结构。 在第四章中,我们成功制备出了超细的Pt-Co、Pt-Fe合金纳米线,发现在一定范围内调节前驱物中Co和Fe的加入量,不仅可以维持了超细纳米线的形貌,而且可以实现对Pt-Co、Pt-Fe纳米线合金比例的调控。在此基础上,我们分别研究了不同比例的Pt-Co、Pt-Fe合金纳米线对甲酸和甲醇这两种有机小分子电催化氧化的催化活性和抗毒化性。实验证明,当纳米线中含有Co或Fe时,合金纳米线的抗毒化能力高于纯Pt纳米线。

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