铂及其合金纳米颗粒形貌控制合成及催化性能

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过去十年,铂族金属纳米材料因其具有出色的形貌多样性和卓越的催化性能而备受关注。Pt及其合金纳米材料是燃料电池、电解水、CO2还原、加氢反应等必不可少的和最有效的催化剂。除了尺寸效应,铂及其合金纳米材料的组成、形貌和表面结构也是决定其催化性能的关键因素。目前,人们采用不同的合成方法成功制备出众多形貌的Pt及其合金纳米材料,如八角状Pt、PtNi纳米框、PtCo纳米花等。本文采用油浴法和微波法,探索Pt及其合金纳米催化剂的合成方法,并对其电催化甲醇和甲酸氧化以及催化氢化芳香硝基化合物的性能进行了初步考察。利用油浴法,以H2PtCl6·6H2O为金属前驱体,PVP为稳定剂,C6H5COOH为添加剂,TEG为溶剂和还原剂,160℃条件下油浴反应3h,成功合成了绒球状Pt纳米颗粒,平均粒径约为60nm,形貌单一,分散均匀。产物采取TEM、XRD、XPS等手段进行了表征。结果表明,Pt纳米绒球电催化甲醇和甲酸氧化的催化活性分别约为商业Pt黑的2.0倍和1.9倍。采用微波法,以H2PtCl6·6H2O、CoCl2·6H2O为金属前驱体,PVP为稳定剂,TEG为溶剂和还原剂,KI为添加剂,微波辐照120s,成功制备凹立方体Pt-Co合金纳米颗粒。利用TEM、XRD、SEM、XPS、UV-vis、HAADF-STEM以及EDX等对Pt-Co合金纳米颗粒进行了分析和表征。实验表明,凹立方体Pt-Co合金纳米催化剂电催化甲醇和甲酸氧化的催化活性约为商业Pt黑的1.8倍和1.6倍。以Pt-Co合金纳米颗粒为催化剂催化硝基苯(NB)加氢制备苯胺(AN)的反应中,硝基苯的转化率为99%,苯胺选择性为87.9%,显示出良好的催化活性和选择性。采用微波法,以H2PtCl6·6H2O、NiCl2·6H2O为金属前体,PVP为稳定剂,TEG为溶剂和还原剂,在适量的KI存在下,微波加热140s,成功合成凹立方块Pt-Ni合金纳米颗粒。产品用TEM、XRD、SEM、XPS、HAADF-STEM以及EDX等进行了表征。结果表明,Pt-Ni合金凹立方块纳米晶电催化甲醇和甲酸氧化的催化活性分别约为商业Pt黑的2.5倍和1.8倍;以Pt-Ni合金纳米颗粒为催化剂催化对氯硝基苯(p-CNB)加氢制备对氯苯胺(p-CAN)的反应中,对氯硝基苯的转化率为99%,对氯苯胺的选择性为85.6%,表现出良好的催化活性和选择性。
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