钯纳米晶的形貌控制合成

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钯(Pd)纳米晶具有独特的性质,在催化、光学、电学和磁学等领域应用前景广阔,因而一直是研究热点。其独特的性质是由纳米晶的形貌、尺寸和组分等因素决定的,其中形貌的影响尤为关键。为了研究形貌效应或者获得更突出的性能,首先需要制得不同形貌的纳米晶。目前人们已经制备出了包括立方体、八面体、纳米线和纳米棒在内的多种形貌的Pd纳米晶材料,但对于 Pd纳米晶的控制合成、形成机制的理解及应用的拓展仍有待深入研究。本论文主要介绍水热合成法制备Pd纳米立方体和纳米线,探索形成机理,并初步考察其催化加氢性能。  利用水热合成法,以四氯钯酸(H2PdCl4)作为前驱体、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)作为表面活性剂和还原剂合成Pd纳米晶,考察不同卤素作为吸附剂、PVP的量、反应时间和反应温度对Pd纳米晶形貌的影响。结果表明,I-是较为合适的吸附剂,优先吸附于Pd{100}晶面,制得边长85nm左右的Pd单晶纳米立方体。改变反应体系中PVP用量,可控制生成纳米立方体和纳米线结构,并能改变纳米线的长宽比,这来源于对反应体系中氧化蚀刻和还原速度的双重调节。延长反应时间,通过奥斯瓦尔德熟化使得部分纳米立方体转化纳米棒。2h和200℃为制备形貌规整的Pd单晶纳米立方体的较优时间和温度。  在上述反应体系中,以Na2PdCl4代替 H2PdCl4作为前驱体,在 PVP和KI的共同作用下,可以合成出形貌规整的五重孪晶纳米线而不是纳米立方体,纳米线平均宽度约为11nm,长度长于3μm。改变Pd源导致合成的Pd纳米晶形貌上的巨大差异,其本质原因是调控了反应体系中的氧化蚀刻作用,从而影响了Pd晶种和晶体的形成。通过加入HNO3、NaOH、HCl、NaCl、FeCl3和柠檬酸等详细研究了氧化蚀刻作用对Pd纳米晶形貌的影响。  以肉桂醛加氢和顺酐加氢为探针反应,初步考察了形貌规整的Pd单晶纳米纳米立方体和五重孪晶纳米线的催化加氢性能。在两个加氢反应中Pd纳米晶均表现出显著的形貌催化效应。
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