形貌可控的铂纳米粒子的制备

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纳米金属的性能与粒子的形状和大小有很大的关系,制备形貌可控的贵金属纳米粒子有利于更加广泛和充分的应用纳米材料。本文以铂纳米粒子为研究对象,从以下几个方面研究其可控制备以及其在催化上的应用。首先,以含有NaOH的乙二醇为溶剂和还原剂,通过热注射法制备得到“无保护”的Pt胶体。TEM照片显示,制备得到的Pt胶体分布均匀,稳定性好,粒子多为球形和椭球形,平均粒径在2-3nm之间,粒径分布较窄。分别改变金属前驱体的浓度和反应温度,结果发现在金属前驱体浓度较低时,平均粒径随着金属浓度的升高而增大;当金属前驱体浓度达到一定值后,继续增大金属浓度,平均粒径基本不再变化,但粒径的单分散性变差。保持反应物浓度不变,制备的Pt胶体粒子的平均粒径随着温度的升高直线上升,在140-198C的范围内,平均温度每升高20C,平均粒径增大0.13nm。其次,以乙二醇为还原剂和溶剂,通过热注射法制备“无保护”的Pt纳米粒子,分别往溶剂中加入少量的不同溶剂或保护剂制备Pt纳米粒子。加入水溶剂后,制备的铂胶体纳米粒子的粒径增大,但得到的胶体稳定性较差;将丙酮加入到反应溶液中,制备的胶体粒子分布均匀,纳米粒子的粒径稍增大,粒子形状更加趋向于球形;在溶剂加入氮甲基吡咯烷酮制备的胶体稳定,粒子的形状更加偏向于球形,而粒径也比原来大了二分之一。在反应体系中加入PVP后,胶体的稳定性和单一性都变好,而粒子的形状也更加偏向橄榄形。在无水体系里,加入的PVP越多,粒子的粒径越大;而在含水的制备体系里,加入PVP反而使粒子的粒径变小。在反应体系中只加入少量PVP而去掉氢氧化钠,能够将纳米粒子的粒径增大一倍。最后,将乙醇还原制备的PVP-Pt/Ru(Pt:Ru=2:1)通过吸附法负载到纳米SnO2上,制备负载量为0.454%w的Pt/Ru/SnO2催化剂,通过TEM观察催化剂,发现纳米粒子均匀的负载在载体的表面,无团聚和长大现象。在反应温度50C、氢气压力1MPa、无溶剂的条件下,以Pt/Ru/SnO2催化剂催化o-CNB选择性氢化为o-CAN的反应。结果发现催化反应存在一个最佳的反应时间:在反应60分钟后,o-CNB的转化率>99.5%,对o-CAN的选择性99.5%。Pt/Ru/SnO2催化剂循环使用4次后,催化剂的催化活性下降约三分之一,对o-CAN的选择性下降约1.5个百分点。氢气压力越高,催化反应速率也越高。Pt/Ru/SnO2催化剂吸水后,催化活性会大幅度降低。吸水后的催化剂需要在50C的温度下真空干燥3天以上才能去除水分并恢复其催化活性。
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