一步置换法制备AgPd纳米粒子及催化性能研究

在室温条件下,以聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为稳定剂,以Mg粉为还原剂,采用一步置换法制备出AgPd和Pd纳米粒子。通过透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射(XRD)以及X-射线光电子能谱(XPS)等对该AgPd和Pd纳米粒子的属性进行了表征。结果表明,AgPd和Pd纳米粒子为单分散状态且能长时间的稳定存在。采用不同摩尔比(3∶1,1∶1或1∶3)的金属离子前驱体Ag⁺和Pd²⁺,均可制备出单分散的AgPd纳米粒子。PVP对AgPd和Pd纳米粒子的稳定存在起关键作用。所制备的AgPd纳米粒子对4-硝基苯酚的还原表现出优异的催化活性,其催化效率顺序为：Ag₁Pd₁>Pd>Ag₃Pd₁>Ag₁Pd₃。Ag₁Pd₁纳米粒子循环使用5次后,其催化活性没有显著降低。     

离子液体辅助合成AuPd纳米海绵及催化性能

在功能化离子液体氯化1-羟乙基-3-甲基咪唑([HEmim]Cl)辅助下, 在室温水溶液中一步快速合成了具有多孔海绵状结构的AuPd纳米材料. 通过场发射扫描电子显微镜(FESEM)、 透射电子显微镜(TEM)、 X射线能谱(EDX)和X射线衍射分析(XRD)等对该材料进行了表征. 结果表明, AuPd纳米海绵为合金结构, 由表面粗糙的纳米颗粒聚集熔接而成. 采用不同摩尔比(3∶1, 1∶1或1∶3)的前驱物HAuCl₄和Na₂PdCl₄均可制备出海绵状AuPd合金结构. 离子液体对AuPd纳米海绵状结构的形成起关键作用. 在对硝基苯酚还原反应中, 不同组成的AuPd纳米海绵均表现出比商用Pd/C催化剂更优异的性能. 其中, Au₁Pd₃纳米海绵具有最高的催化活性, 反应在98 s内即可完成, 反应速率常数为0.0143 s ^-1, 是商用Pd/C的2.3倍. 该方法也可用于制备其它双金属(如PdCu, PtCu等)和多金属纳米海绵.     

AuPd合金纳米粒子的电化学制备及其对乙醇氧化的催化性能

以氧化铟锡(ITO)透明导电膜玻璃为基底,电化学恒电位法制备AuPd合金纳米粒子.系统考察了AuPd纳米粒子的组成和不同制备条件对其结构和电催化性能的影响.运用扫描电子显微镜(SEM)、X-射线能量散射谱(EDX)、X-射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)和电化学方法进行表征.结果表明,制备的AuPd合金中Au:Pd元素比与投料比基本一致,纳米粒子分散均匀;AuPd合金纳米粒子对乙醇电氧化的催化活性和稳定性显著高于纯Pd纳米粒子.当沉积电位-0.3 V、Pd:Au=3:1时,Au1Pd3纳米粒子对乙醇电氧化表现出最高的催化活性和稳定性:其对乙醇氧化峰值电流密度是相同条件下制备的Pd纳米粒子的7.7倍,稳定测试1800 s时乙醇氧化的电流密度(1.05 mA cm~(-2))是Pd纳米粒子(0.02 mA cm~(-2))的52.5倍.     

金纳米团簇在盐酸和十二硫醇刻蚀作用下的原位生长动力学研究

了解金属纳米团簇的形成机制对于进一步发展其化学制备方法是必要的。我们利用盐酸(HCl)和十二硫醇(RSH)共同刻蚀L₃ (L₃: 1, 3-双二苯基膦丙烷)包覆的多分散性的Au_n (15 ≤ n ≤ 60)团簇成功制备出单分散性的Au₁₃(L₃)₂(SR)₄Cl₄纳米团簇,并结合原位同步辐射X射线吸收谱、原位真空紫外-可见吸收光谱和质谱技术,研究了Au₁₃(L₃)₂(SR)₄Cl₄纳米团簇的动力学形成过程。结果表明,Au团簇从多分散到单分散的转变经历了3个明显不同的动力学步骤。首先,尺寸较大的多分散金属团簇Au_n主要在HCl刻蚀作用下,形成尺寸较小的亚稳的中间产物Au₈–Au₁₁团簇。然后,这些中间产物与反应溶液中已有的Au(Ⅰ)-Cl物种反应,并与SR发生部分配体交换,逐渐长大为由SR和L₃保护的Au₁₃团簇。最后,形成的Au₁₃团簇经过一个较缓慢的结构重组过程,最终形成稳定的Au₁₃(L₃)₂(SR)₄Cl₄的纳米团簇。     

聚乙烯吡咯烷酮包裹核壳型Fe_3O_4/Au纳米粒子的制备

采用改进的Polyol合成法,以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）为表面活性剂制备PVP包裹的单分散的Fe3O4/Au纳米粒子.透射电镜（TEM）和X射线衍射（XRD）分析证实了Fe3O4/Au的核壳型纳米结构,并确定了纳米粒子的尺寸大小和分布.UV-Vis测定显示了所制备的纳米粒子具有光学活性,而振动样品磁强计（VSM）测量显示纳米粒子具有优异的磁化率.     

水杨酸盐敏化BaF2∶Tb3+纳米粒子中的Tb3+离子发光

采用水热法制备了均匀、单分散的BaF₂∶Tb³⁺纳米粒子,并采用离子交换法制备了水杨酸钠敏化的BaF₂∶Tb³⁺纳米粒子(SS-BaF₂∶Tb³⁺)。 系统地研究了样品的结构、形貌和光致发光性质。 结果表明,监测Tb³⁺离子在547 nm的⁵D₄→⁷F₅跃迁,SS-BaF₂∶Tb³⁺纳米粒子获得了从200 nm到385 nm波长范围宽的激发带;激发SS的π-π^*电子跃迁吸收,由于SS到Tb³⁺的能量传递(“天线效应”),SS-BaF₂∶Tb³⁺纳米粒子产生了增强的Tb³⁺离子绿光发射;敏化纳米粒子中Tb³⁺离子光致发光寿命比未敏化纳米粒子中Tb³⁺离子寿命长。     

氮化碳负载AuPd纳米催化剂甲酸分解制氢性能

以氮化碳为载体,采用液相还原的方法制备了不同AuPd比例的Au_xPd_(1-x)/CN催化剂,并将催化剂用于甲酸分解反应中,研究其催化制氢性能。通过X-射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)等方法对催化剂的结构进行了表征。结果表明,催化剂呈片状结构,Au、Pd纳米粒子形成了AuPd合金,并均匀地分散在氮化碳载体上,粒径大小约为2.4 nm。在348 K,FA∶SF=1∶5的反应条件下,Au_(0.25)Pd_(0.75)/CN表现了最佳的催化性能,初始转化频率达397 h~(-1)。AuPd纳米粒子与氮化碳载体之间的相互作用,AuPd的比例、载体的性质和高分散的AuPd纳米粒子有助于提高催化剂的催化性能。     

三苯基膦：转换硫醇保护的纳米粒子成[Au25(PPh3)10(SR)5Cl2]2+

我们在此报道了一种未曾发现的有趣现象：尽管[Au₂₃(SC₆H₁₁)₁₆]⁻、Au₂₄(SC₂H₄Ph)₂₀ (Ph:苯环)、Au₃₆(TBBT)₂₈ (TBBTH:对叔丁基苯硫酚)、Au₃₈(SC₂H₄Ph)₂₄、混合Au_x(SC₂H₄Ph)_y团簇及3 nm的金纳米粒子有不同的组成、结构、尺寸和保护性硫醇配体,但它们在三苯基膦(PPh₃)作用下,均能统一地经由亚稳的[Au₁₁(PPh₃)₈Cl₂]²⁺最终转化为稳定的双二十面体[Au₂₅(PPh₃)₁₀(SR)₅Cl₂]²⁺ (SR:硫醇配体)。换句话说,三苯基膦是这些硫醇保护的纳米粒子的统一转化器。然而,聚乙烯吡咯烷酮(PVP)/柠檬酸盐(Citrate)保护的金纳米粒子和[Ag₂₅(SPhMe₂)₁₈]⁻ (Me:甲基)在同样的条件下,却不能转化为[Au₂₅(PPh₃)₁₀(SR)₅Cl₂]²⁺或[Ag₂₅(PPh₃)₁₀(SR)₅Cl₂]²⁺,暗示了硫醇保护的金纳米粒子具有与三苯基膦反应的独特性能。另外,我们考察了配体对双二十面体[Au₂₅(PPh₃)₁₀(SR)₅Cl₂]²⁺团簇荧光性能的影响。     

超细纳米Pd粒子与聚乙烯吡咯烷酮的相互作用

在微量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)存在下, 利用超声还原氯化钯水溶液, 制备出超细纳米Pd颗粒, 用高分辨透射电镜、红外光谱、紫外-可见光谱和X射线光电子能谱等技术对其表面形貌及结构进行了表征. 结果表明, 纳米Pd粒子的粒径均一, 大约为3 nm. 纳米Pd/PVP复合粉末的羰基红外吸收峰比PVP的羰基吸收峰红移9 cm^-1; 且当超声反应50 min时, PVP紫外吸收波峰蓝移16 nm, 表明了纳米Pd与PVP之间存在一定的相互作用力. XPS结果证明, 纳米Pd与PVP的羰基基团通过配位作用使超细纳米Pd粒子得以稳定分散存在.     

ITO负载内凹AuPd合金纳米粒子形状的电化学调控

运用电化学方波电位法,在氧化铟锡(ITO)透明导电膜玻璃基底上实现AuPd纳米粒子的形状控制合成.当固定方波下限电位0.30 V,上限电位分别为0.64和0.70 V时,分别制备出内凹三八面体(TOH)和内凹六八面体(HOH)AuPd合金纳米粒子.运用扫描电镜(SEM)、X射线能量散射谱(EDX)和电化学循环伏安法表征所制备的纳米粒子,结果表明所制备的AuPd纳米粒子在ITO上分散均匀,具有清晰的内凹三八面体和内凹六八面体的形状,Au:Pd元素比均接近3:1.但由于Au比Pd的表面自由能低,导致Au在AuPd合金纳米粒子表面富集.发现从合成的TOH AuPd合金纳米粒子出发,对其施加下限电位0.30 V、上限电位0.70 V的方波电位处理,可实现由TOH向HOH形状转变;延长方波电位处理时间仅改变AuPd合金纳米粒子的尺寸,但HOH形状保持不变.     

Pt/Ni双金属纳米溶胶的制备及催化制氢性能

采用化学共还原法制备了聚乙烯吡咯烷酮(PVP)稳定的Pt/Ni双金属纳米溶胶.采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、透射电子显微镜(TEM)对所合成的Pt/Ni双金属纳米溶胶进行了表征, 并系统研究了PVP用量、还原剂用量和浓度、双金属比例对该双金属纳米溶胶催化剂催化性能的影响.结果表明, 所制备的双金属纳米溶胶的平均粒径在2.0 nm左右, Pt/Ni双金属纳米溶胶的催化活性比Pt及Ni单金属纳米溶胶的高, 当Pt/Ni摩尔比为1:4时, 纳米溶胶的催化活性最高, 其活性值为16640 mol_H2·mol_Pt^-1·h^-1.所制备的Pt/Ni双金属纳米溶胶催化剂具有很好的耐久性, 5次催化实验后该催化剂仍保持较高的催化活性.该双金属纳米溶胶催化NaBH₄水解反应的活化能为48 kJ/mol.     

光催化还原制备Au/Ag核壳结构纳米粒子及其修饰电极的电催化性能

以Keggin结构硅钨杂多酸H4SiW12O40(SiW12)为光催化还原剂,通过光化学还原法制备Au/Ag核壳结构纳米粒子. 透射电子显微镜分析显示,所得纳米粒子粒径为30～40 nm,呈均匀分散的球形颗粒,该制备方法的特点是可以较好的避免单金属纳米粒子的形成. 将Au/Ag核壳纳米粒子修饰到具有PVP膜的玻碳电极表面,得到SiW12-(Au/Ag)-PVP多层膜修饰电极. 该修饰电极在0.5 mol/L H2SO4介质中具有良好的电化学响应,在0～-0.75 V电位范围内,出现了3对归属于SiW12的氧化还原峰,且电极性能稳定,灵敏度高. 对H2O2的电催化还原性能明显优于单金属Ag纳米粒子修饰电极,说明Au核的存在可以很好的改善Ag的电催化性能,Au和Ag之间存在相互协同催化作用.     

Pd/Co双金属纳米颗粒的制备及催化制氢性能

采用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)保护的化学共还原法制备了Pd/Co双金属纳米颗粒, 研究了PVP及还原剂(NaBH₄)的用量、金属盐浓度、金属比例等对Pd/Co双金属纳米颗粒催化NaBH₄制氢性能的影响. 透射电子显微镜(TEM)的结果表明, 所制备的Pd/Co双金属纳米颗粒的平均粒径在1.5-2.8 nm之间. Pd/Co双金属纳米颗粒(BNPs)的催化活性远高于Pd与Co单金属纳米颗粒的活性; 当Pd/Co的理论原子比为1/9时, 双金属纳米颗粒的催化活性最高可达15570 mol·mol^-1·h^-1 (文中纳米颗粒的催化活性均为每摩尔Pd的活性). 密度泛函理论(DFT)的计算结果表明, Pd原子与Co原子之间发生电荷转移, 使得Pd原子带负电而Co原子带正电, 荷电的Pd和Co原子进而成为催化反应的活性中心. 所制备的Pd/Co双金属纳米颗粒具有很好的催化耐久性, 即使重复使用5次后, 该催化剂仍具有较高的催化活性, 且使用后的纳米颗粒催化剂也没有出现团聚现象. 双金属纳米颗粒催化NaBH₄水解反应的活化能约为54 kJ·mol^-1.     

憎水性三金属纳米粒子的合成、表征及磁性

以磺基琥珀酸二辛酯钠盐(AOT)为表面活性剂,采用反胶束法合成了憎水性CoFe/Au纳米粒子, 利用配体交换、水洗等去除AOT并使纳米粒子分级.采用紫外-可见光谱(UV-Vis)、透射电镜(TEM)、X射线衍射(XRD)、X射线电子能量散射(EDX)及等离子发射光谱 (ICP)等对产物进行了表征,通过超导量子干涉仪(SQIUD)研究了纳米粒子的磁性质.结果表明,反胶束法合成的CoFe/Au三金属纳米粒子具有较好的单分散性和稳定性,平均粒径约为4 nm.当外磁场强度为1.5×10⁴ A/m时,阻塞温度T_b为65 K,温度高于T_b时纳米粒子显示出超顺磁性,低于T_b时呈铁磁性,在5 K时其矫顽力(Hc)达4.67×10⁴ A/m.     

四氧化三钴负载金钯纳米催化剂催化消除甲苯和邻二甲苯

挥发性有机物(VOCs,例如甲苯和二甲苯)不仅危害人身健康,而且对大气环境造成严重污染.由于去除效率高、无二次污染以及耗能低等优点,催化氧化法被认为是消除VOCs的有效方法之一.该方法的关键是高效催化剂的研发.由于具有良好的低温催化氧化性能,过渡金属氧化物负载的贵金属催化剂备受关注.相比于单组分贵金属负载型催化剂,双组分贵金属负载型催化剂的催化活性、水热稳定性能和抗硫中毒性能均有显著提高.本文采用熔融盐法和聚乙烯醇保护的硼氢化钠还原法制备了八面体状Co3O4负载的AuPd(x(AuPdy)/Co3O4;AuPd负载量x=(0.18,0.47,0.97)wt%;Pd/Au摩尔比y=1.85,1.93,1.92)合金纳米催化剂.采用X射线衍射、扫描电子显微镜、透射电子显微镜、选区电子衍射、氢气程序升温还原、氧气程序升温脱附和X射线光电子衍射等技术对催化剂物化性质进行了表征.利用固定床微型反应器评价了催化剂对甲苯和邻二甲苯完全氧化反应的催化性能.研究结果表明,采用熔融盐法制得的Co3O4具有规整八面体形貌,棱长约为300 nm.AuPd合金纳米粒子均匀分布在Co3O4表面,粒径为2.7–3.2 nm.在所得催化剂中,0.96(AuPd1.92)/Co3O4催化剂对甲苯和邻二甲苯完全氧化反应表现出较高的催化活性.在空速为40000 mL/(g·h)时,甲苯和邻二甲苯转化率达到90%所需的温度分别为180和187 oC.我们认为0.96(AuPd1.92)/Co3O4催化剂较为优异的催化性能与AuPd纳米粒子和Co3O4之间的强相互作用和较高的吸附氧浓度有关.     

铱单原子和纳米粒子在N2O分解反应中的协同催化

原子捕获法是在高温条件下制备高热稳定单原子催化剂的有效方法之一. 但该方法制备的单原子催化剂通常面临着催化活性低、 反应适用范围窄的问题. 因此, 拓展这类单原子催化剂的应用是亟待解决的难点. 本文采用高温捕获法制备的铱(Ir)单原子催化剂在氮氧化物分解反应中的催化活性较低, 但是在继续负载纳米粒子后, 单原子与纳米粒子之间表现出显著的协同催化作用. X射线光电子能谱(XPS)和CO吸附的原位漫反射红外光谱(CO-DRIFTs)表征结合反应动力学分析揭示了反应的活性中心是金属态的Ir纳米粒子. 虽然氧化态的Ir单原子不能直接活化N₂O分子, 但是可以改变Ir纳米粒子的电子结构和吸附性能. 氧气程序升温脱附(O₂-TPD)实验证实, 单原子的存在可以促进O₂从Ir纳米粒子上脱附, 从而提高催化剂的反应活性.     

Au/L-Met/GC电极的H2O2电催化氧化

在无额外的添加剂和保护剂的情况下,以柠檬酸钠还原氯金酸制得链状金纳米粒子,使用扫描电子显微镜（SEM）和透射电子显微镜（TEM）观察样品. 层层自组装技术可将金纳米粒子自组装,并分别以L-甲硫氨酸（L-Methionine,L-Met）、硫脲（Thiourea,TU）、丙烯基硫脲（Allyl thiourea,ATU）和聚乙烯吡咯烷酮（Polyvinylpyrrolidone,PVP）交联剂自组装于玻碳基底,即得金纳米粒子修饰电极. 以[Fe(CN)₆]^3-/4-氧化还原电对为探针,考察该修饰电极的电化学性质. Au/L-Met/GC电极有最佳电化学性能,循环伏安曲线和计时电流曲线测试表明,Au/L-Met/GC电极的H₂O₂电催化氧化有较高的灵敏度,线性范围2×10^-7 ~ 3×10^-3 mol·L^-1,检出限6.67×10^-8 mol·L^-1.     

Ag/Au纳米粒子的没食子酸还原制备及其共振瑞利散射光谱测定人血清总蛋白

以没食子酸为还原剂和稳定剂,用种子生长法制备出粒径均匀、单分散性和稳定性好、近球形的Ag/Au 核壳纳米粒子.高分辨透射电镜(HRTEM)与 X-射线能量色散光谱仪(EDX)测试表明,在Ag/Au摩尔比为1:1.6时,Au已完全包裹在Ag纳米粒子表面时,平均粒径为25 nm.以此摩尔比制备的Ag/Au核壳纳米粒子为探针...     

直接甲醇燃料电池阳极催化剂的新体系: 纳米TiO2-CNT-PtNi复合纳米催化剂

采用电合成前驱体Ti(OEt)₄直接水解法和电化学扫描电沉积法制备纳米TiO₂-CNT-PtNi复合纳米催化剂. 透射电镜(TEM)和X射线衍射(XRD)测试结果表明, 纳米PtNi合金粒子(平均粒径8 nm)均匀地分散在纳米TiO₂-CNT复合膜的三维网络结构中. 通过暂态电化学方法研究表明, 复合纳米催化剂的电化学活性比表面积为90 m²/g, 对甲醇氧化具有很高的电催化活性和稳定性, 常温常压下甲醇氧化峰电位为0.67和0.44 V, 当温度为60 ℃时, 氧化峰电位负移至0.64和0.30 V, 氧化峰电流密度高达1.38 A/cm². 复合纳米催化剂对甲醇电氧化的高催化活性和稳定性可归因于多元复合纳米组分的协同催化作用, 这种作用导致CO在复合纳米催化剂上的弱吸附, 从而避免了催化剂的中毒.     

镝掺杂铁氧体纳米晶的制备、表征和磁性

采用化学共沉淀法制备出了镝掺杂铁氧体纳米晶, 利用透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射仪(XRD)、傅立叶红外光谱仪(FTIR)、古埃磁天平、振动样品磁强计(VSM)、X射线能谱仪(EDX)等仪器对产物进行了表征, 研究了Dy^3＋掺杂量对铁氧体纳米晶的结构、磁性和粒度的影响. 结果表明: 适量稀土元素镝离子的掺杂可以提高尖晶石型铁氧体的磁性、降低矫顽力, 当n(Fe^3＋)∶n(Dy^3＋)＝14∶1时其磁性最强. Dy^3＋替代或充填进入了尖晶石晶格, 且主要占据B位. 掺杂了镝的铁氧体磁性纳米粒子粒度变小, 且分布更集中、均匀, 当Dy^3＋加入量为n(Fe^3＋)∶n(Dy^3＋)＝14∶1时铁氧体纳米粒子的平均粒径由掺杂前的14 nm降低到到8 nm. 这种具有超顺磁性的软磁铁氧体纳米晶可应用于纳米磁液领域.