負(fù)載的雙金屬納米催化劑Pd-Pt的合成和應(yīng)用研究.pdf

1、雙金屬膠態(tài)納米材料，尤其是Pd和Pt雙金屬作為催化劑，被應(yīng)用到許多化學(xué)和電化學(xué)反應(yīng)中，制備高催化活性的Pd-Pt雙金屬納米催化劑和探索新的催化應(yīng)用仍為當(dāng)今的發(fā)展趨勢。但是在催化反應(yīng)之后，雙金屬納米催化劑的催化活性就會有著一定的下降。因此，人們采用一些傳統(tǒng)的方法將雙金屬納米材料負(fù)載到載體上以提高催化劑的穩(wěn)定性。但是這些傳統(tǒng)的方法都是使用物理吸附的方法將催化劑固定到載體上的，而且使用原位還原法成功將雙金屬納米材料加載到載體上至今沒有報(bào)道，但

2、是使用原位還原法制備的負(fù)載的催化劑可以更好的提高催化性能。本篇論文的主要研究工作是尋找一種簡單的方法將Pd-Pt雙金屬納米粒子原位生長在一種磁性載體上，然后拓展和探索Pd-Pt雙金屬納米催化劑在催化領(lǐng)域的新應(yīng)用。
　　在探討將雙金屬Pd-Pt納米粒子負(fù)載到載體為超順磁性性膠態(tài)納米粒子Fe3O4@C的表面上之前，我們先研究使用乙醇還原法將單金屬Pd和Pt納米粒子負(fù)載到Fe3O4@C上所需要的條件。我們發(fā)現(xiàn)在載體存在的情況下，Pd離子

3、和Pt離子可以更為容易的被乙醇還原，然后原位生長在載體的表面上。而且，我們可以通過控制貴金屬前驅(qū)體的用量和溫度，簡易的調(diào)節(jié)貴金屬納米粒子的負(fù)載量和分布。對于制備負(fù)載的Pd-Pt雙金屬納米材料，我們首先是使用人們常用的共還原法，發(fā)現(xiàn)在常溫下就可以合成得到尺寸均一的雙金屬納米粒子均勻分散在載體的表面上。然后我們又發(fā)展了一種新型的方法，我們稱為兩步還原合成法。這種方法是將電化學(xué)置換反應(yīng)和原子間的擴(kuò)散結(jié)合起來，具體來說是，我們利用預(yù)先負(fù)載的納米

4、粒子Pt單質(zhì)來還原Pd離子，沉淀到Pt納米粒子的表面，然后由于Pd和Pt相同的晶體結(jié)構(gòu)和相似的晶格常數(shù)，在常溫下，Pd原子與Pt之間發(fā)生擴(kuò)散。我們使用各種表征手段證實(shí)了，負(fù)載在Fe3O4@C表面上的是PtPd合金納米粒子。最后，為了研究同樣的載體，不同的表面性質(zhì)對催化反應(yīng)的影響，我們使用已報(bào)道的一種方法制備了磁性納米復(fù)合粒子Fe3O4@C，并使用同樣的兩步原位合成法，將Pd-Pt雙金屬負(fù)載到其上。實(shí)驗(yàn)證明，Pd-Pt雙金屬亦能均勻的負(fù)載

5、到Fe3O4@C的表面上。
　　我們將制備的各種樣品應(yīng)用到催化對硝基苯酚的還原反應(yīng)中，發(fā)現(xiàn)使用兩步原位合成法制備的負(fù)載的PtPd合金納米催化劑有著超高的活性，其比反應(yīng)速率常數(shù)達(dá)到12.03 nmol-1 s-1。這是使用共還原法制備的雙金屬納米催化劑的兩倍，是使用載體Fe3O4@C制備的雙金屬催化劑的九倍。而且我們通過改變雙金屬納米催化劑的成分來研究催化活性的變化趨勢，發(fā)現(xiàn)使用共還原法制備的負(fù)載的Pd-Pt雙金屬納米催化劑，它的催

6、化活性是隨著兩種成分中的Pd含量的增加而單調(diào)地升高;使用兩步原位合成法制備的Pd-Pt雙金屬納米催化劑的催化活性隨著Pd含量的增加而呈現(xiàn)火山型的變化。這可能是由于不同的制備方法導(dǎo)致了雙金屬納米材料具有不同的結(jié)構(gòu)，因而具有不同的催化性能。再者，我們對使用兩步原位合成法制備的催化劑進(jìn)行了循環(huán)催化性能的研究，發(fā)現(xiàn)在循環(huán)催化四次之后，催化活性開始大幅度的下降。我們認(rèn)為這是由于在劇烈的反應(yīng)環(huán)境下，負(fù)載在CMNPs表面的合金納米顆粒發(fā)生脫落和載體C