电化学置换法合成PtAgAu空心纳米颗粒及其电化学性能研究

作     者：孙红颜 

作者单位：山东大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杨剑

授予年度：2016年

学科分类：07[理学] 081705[工学-工业催化] 070205[理学-凝聚态物理] 08[工学] 0817[工学-化学工程与技术] 080501[工学-材料物理与化学] 0805[工学-材料科学与工程（可授工学、理学学位）] 0702[理学-物理学] 

主      题：空心纳米颗粒 电化学置换 反应机理 甲酸氧化 

摘      要：多金属空心纳米材料较大的比表面积、较小的密度以及在同一纳米颗粒中不同的原子之间的电子协同作用使得其在生物成像、光热治疗以及能量存储等方面有很好的应用前景。铂基多金属空心纳米材料在燃料电池方面有很重要的应用。目前普遍使用的铂基空心纳米材料的合成方法为电化学置换法(galvanic replacement)。Au纳米颗粒的形貌丰富但是比较稳定难以被其他金属盐氧化。我们选择以Au@Ag核壳纳米颗粒为模板,通过Au、Ag之间的电荷转移来降低Au的电极电势促进其氧化来制备多金属空心纳米材料。我们通过电化学置换法合成了不同形貌的PtAgAu空心纳米颗粒,对反应过程和反应机理进行了探讨,并通过甲酸氧化对其电催化性能进行了研究。主要研究内容如下：1、在CTAB存在条件下,Au@Ag核壳纳米棒与K2PtCl4发生电化学置换反应(galvanic replacement),生成高质量的PtAgAu纳米管。在此过程过中,Ag壳与Au核都与K2PtCl4发生电化学置换反应。通过透射电子显微镜(TEM)照片发现产物的形貌演变过程为Au@PtAg摇铃结构、两端空心的Au@PtAgAu纳米棒、PtAgAu纳米管。通过一系列的对照实验证明了该反应中的氧化剂为K2PtCl4并非溶解在溶液中的氧气。Ag壳的存在以及其与Au纳米棒核的接触作用在Au核与K2PtCl4的置换反应中起着至关重要的作用,XPS光谱证明了电荷从Au向Ag转移,降低了Au纳米棒核的电极电势并促进了其氧化,我们通过对照实验也证明了这一点。我们通过甲酸氧化测试了PtAgAu纳米管的电催化性能。2、利用Au、Ag之间的电荷转移以Au@Ag核壳纳米球为模板,与K2PtCl4发生电化学置换反应合成PtAgAu空心纳米球,通过透射电子显微镜(TEM)照片表征了其反应过程。通过改变Au球的尺寸来控制PtAgAu空心纳米球中不同元素的比例。不同元素比例的PtAgAu空心纳米球在甲酸氧化方面的电催化活性不同,但是其电催化活性均高于商业铂碳。