钯基双金属纳米催化剂的制备及其(光)电催化性能的研究

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钯(Pd)作为贵金属家族中的一员,其纳米材料在催化、传感、能源科学以及有机合成等领域都扮演着重要的角色。相较于单元素Pd贵金属纳米晶,引入另外一种金属元素形成的Pd基双金属纳米晶体凭借其独特的物理化学性质得到长足的发展。催化在现代化工中发挥着重要的作用,理想的电催化剂不仅要具有较高的催化活性,同时还要具有良好的结构稳定性。近年来,出现了表面富含缺陷的纳米催化剂和新型的等离激元纳米催化剂,均在一定程度上提高了催化剂的活性和稳定性。本工作中以种子介导生长方法为基础,在Pd纳米晶体生长过程中引入另外的金属离子,通过调节金属离子前体与Pd离子的浓度比等条件,成功得到了形貌组分可控的Pd基双金属纳米晶。本文的研究成果对合理设计并控制贵金属纳米材料的形貌和结构的合成方法具有借鉴意义,同时为贵金属纳米材料的实际应用提供良好的理论指导。我们主要取得了如下的研究成果:第一,利用Cu(II)辅助种子介导的方法合成了表面富含台阶的Pd-Cu纳米立方体,成功得到了一种新的构建表面缺陷的方法。Cu(II)能使Pd原子选择性地沿立方Pd的{110}和{111}方向快速生长,从而促进纳米材料表面台阶结构的形成。乙醇的电氧化反应结果证实了表面富含台阶的Pd-Cu纳米立方体具有优异的催化活性和稳定性。第二,通过Ag(I)辅助种子介导的生长方法合理设计并合成了金框架-钯纳米立方体纳米催化剂。在合成中,Ag(I)的掺入抑制了Au在立方Pd晶种的{100}表面上的还原,并导致在Pd纳米立方体上形成Au纳米框架。同时,这种金框架-钯纳米立方体表现出了出色的等离激元共振性质。这种独特的纳米结构通过将Pd的优异电催化性能与Au的出色等离激元特性相结合,对等离激元增强乙醇电催化氧化反应,表现出高催化活性和稳定性。
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