贵金属纳米粒子—聚合物复合催化剂的制备与催化性能研究

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贵金属纳米粒子由于其独特的纳米效应使得其在催化、电子等领域具备广泛的应用价值。近年来的诸多研究结果表明,其物理化学性质与纳米粒子的大小、形状以及表面物种有关,因此通过对纳米粒子形貌尺寸以及表面修饰物种的调节均可以达到调节纳米粒子性质的目的。其中,使用聚合物作为表面保护剂合成得到具备特定形貌尺寸的贵金属纳米粒子是常见的方法之一。但是,目前对于聚合物-金属纳米粒子体系的研究,尤其是区别于金属纳米粒子本身性质的研究,并不深入。在本论文中,我们通过原位还原的方法,分别合成得到了三种聚合物-贵金属纳米粒子复合材料,选用的三种聚合物分别为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚噻吩(PTh)和聚苯胺(PANI)。这三种聚合物材料分别对应于绝缘体、半导体和导体聚合物。我们进一步采取了诸多表面化学和材料化学的分析方法对这三种聚合物-贵金属纳米粒子材料分别进行了表征。例如,使用了一氧化碳红外探针的方法研究了金属纳米粒子表面电子浓度的变化,使用了红外光谱、拉曼光谱等方法研究了聚合物与金属表面原子的相互作用。在已经对相关体系有所了解的情况下,我们还探究了这种材料在某些特定化学/电化学反应中的活性。在PVP-金属纳米粒子体系中,本文中合成得到了一系列具备不同形貌尺寸的纳米粒子。通过对金属纳米粒子特定晶面的控制合成与暴露,证实聚合物的加入显著地改变了金属纳米粒子表面甲酸吸附状态,并进一步影响到复合材料在甲酸电氧化反应中的活性。在PTh-金属纳米粒子体系中,半导体聚合物的引入使复合材料具备了可见光响应的性质,并且半导体的能带与金属纳米粒子的能级相互作用,对金属纳米粒子表面性质产生了影响,这一点更体现在某些小分子催化反应中。在PANI-金属纳米粒子体系的研究中,我们重点研究了当聚合物导电性升高时,该复合材料在甲酸电氧化中的表现。研究发现电极-金属之间的电子传递效率显著提高,甲酸电氧化的活性显著增强。本论文通过选择具有特定电子结构的聚合物修饰金属纳米粒子的方式,展示了金属纳米粒子性质调节的灵活性。通过对这种材料在催化领域的研究,表明了聚合物-金属纳米粒子复合材料在电化学/催化等领域具备广泛的应用前景。
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