Au-Pd雙金屬催化劑的制備及其催化性能研究.pdf

1、在材料科學(xué)中，由于“協(xié)同效應(yīng)”，通過混合不同金屬形成的合金具有一些特殊的性質(zhì)，被廣泛應(yīng)用在催化、光學(xué)和磁學(xué)等領(lǐng)域。金-鈀(Au-Pd)雙金屬催化劑在催化領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。例如，在普通催化中常用于醇類氧化、炔類加氫及一氧化碳氧化;光催化中常用于醇類、醛類氧化及有機(jī)物降解;電催化中常用于醇類燃料電池，甲酸燃料電池及傳感器。
　　本論文主要研究了二氧化鈦納米帶(TiO2-NB)負(fù)載金、鈀單金屬和雙金屬納米顆粒的制備與表征，及其對苯甲醇

2、可見光有氧氧化反應(yīng)的光催化活性。以及整體式表面多孔金鈀合金的制備、表征及其對甲醇和乙醇的電催化氧化性能。具體內(nèi)容包括:
　　1.Au/TiO2-NB的制備及其光催化性能
　　我們以P25為前驅(qū)體，水熱法制備鈦酸納米帶。通過控制鈦酸納米帶的煅燒溫度，合成了單晶相TiO2(B)、銳鈦礦和雙晶相TiO2(B)/銳鈦礦三種結(jié)構(gòu)不同的二氧化鈦納米帶。采用沉積-沉淀的方法在三種納米帶表面沉積金納米顆粒，形成二氧化鈦納米帶負(fù)載金(Au/T

3、iO2-NB)催化劑。透射電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，合成的金顆粒高度均勻地分布在二氧化鈦納米帶表面。X射線電子能譜和紫外可見漫反射測定表明，沉積的金納米顆粒以金屬態(tài)存在，并且金納米顆粒的電子特性和光吸收特性不受納米帶晶型結(jié)構(gòu)的影響。相對于單晶相TiO2(B)和銳鈦礦納米帶負(fù)載金催化劑（Au/T-1和Au/T-3），雙晶相TiO2(B)/銳鈦礦納米帶負(fù)載金催化劑(Au/T-2)對苯甲醇可見光有氧氧化具有更高的催化活性。以Au/T-2為光催化劑，

4、可見光下反應(yīng)5h后苯甲醛的生成量為12.5μmol，遠(yuǎn)高于Au/T-1和Au/T-3樣品。光電流測定顯示，無金屬負(fù)載二氧化鈦納米帶沒有光電流，說明在可見光照射下，二氧化鈦不能被激發(fā)，而三種Au/TiO2-NB樣品都有明顯的光電流響應(yīng)，說明金等離子共振產(chǎn)生的熱電子可以克服肖特基勢壘轉(zhuǎn)移至二氧化鈦納米帶的導(dǎo)帶，并且Au/T-2樣品的光電流明顯大于Au/T-1和Au/T-3樣品。上述研究結(jié)果顯示，雙晶相TiO2(B)/銳鈦礦納米帶能夠有效促進(jìn)

5、金納米顆粒中光生熱電子的轉(zhuǎn)移，從而使其具有更高的光催化活性。
　　2.Au-Pd/TiO2-NB的制備及其光催化性能
　　我們以雙晶相TiO2(B)/銳鈦礦納米帶作為載體，采用沉積-沉淀的方法，合成負(fù)載型金鈀(Au-Pd/T-2)雙金屬催化劑。透射電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)所合成金屬顆粒的尺寸在2nm左右，并且高度均勻的分布在納米帶表面。X射線電子能譜和紫外可見漫反射測定表明，金屬顆粒為Au-Pd雙金屬納米合金結(jié)構(gòu)。相對于單一金屬催

6、化劑（Au/T-2和Pd/T-2），Au-Pd/T-2表現(xiàn)出了更高的催化活性，相同時間內(nèi)苯甲醛的生成量是Au/T-2的三倍，Pd/T-2的五倍。光電流測試結(jié)果顯示，Au-Pd/T-2的光電流響應(yīng)小于Au/T-2，說明Au-Pd/T-2良好的光催化活性與金屬之間的“協(xié)同效應(yīng)”有關(guān)，金上的熱電子有一部分轉(zhuǎn)移至鈀，使其成為新的反應(yīng)活性位點(diǎn)，加速化學(xué)反應(yīng)。
　　3.多孔Au-Pd合金的制備及其電催化性能
　　我們利用合金化/去合金化

7、法在耐腐蝕金鈀銀合金絲表面構(gòu)建多孔金鈀合金。制備過程包括銀的電沉積、高溫煅燒在合金絲表面形成富銀的新合金相和表面新合金相在1M高氯酸中的電腐蝕。掃描電子顯微鏡觀察和X射線衍射分析表明，合金絲表面的多孔結(jié)構(gòu)由納米尺寸的金鈀合金顆粒組成。電化學(xué)表征發(fā)現(xiàn)，多孔金鈀合金的形貌和組成可以通過控制腐蝕時間進(jìn)行調(diào)控。
　　這種表面多孔化的導(dǎo)電金屬絲是一種整體材料，無需涂覆，可直接用作電極，我們將其應(yīng)用到甲醇和乙醇的電催化氧化中。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，它對這