CoPt和NiPt合金納米催化劑：合成、自組裝及其電催化和異常紅外性能.pdf

1、納米材料具有不同于常規(guī)材料的特殊性質，在科學技術的發(fā)展中具有重要地位。納米材料的合成，尤其是形狀和結構控制合成、納米材料的表征及其特殊性能的研究是納米材料科學的前沿課題。CoPt和NiPt納米材料由于其獨特的磁學性能、高效的催化性能和特殊的光學性能而備受關注。本論文運用化學還原和電位置換法制備了不同結構的CoPt和NiPt納米粒子，系統(tǒng)研究了它們的磁學、電催化和特殊紅外光學性能。主要研究內容和結果如下： (1)一維鏈狀CoPt納

2、米材料的合成及其性能研究。運用化學還原和電位置換法制備了兩種不同結構的一維鏈狀CoPt納米材料，其一為實心結構(CoPt—a)，另一種為空心結構(CoPt—b)。磁性研究指出，CoPt—a和CoPt—b納米材料均表現(xiàn)出超順磁性，對應的阻塞溫度TB分別為10.0 K和9.0 K。5 K時測得矯頑力分別為520 Oe和740 Oe；電化學循環(huán)伏安結果給出，CoPt—a/GC和CoPt—b/GC納米粒子電極對CO的氧化都具有較好的電催化活性。

3、與本體Pt電極相比，CO氧化峰電位分別提前了140 mV和160 mV。還測得CoPt—b納米粒子對甲醇氧化具有很高的電催化活性，其氧化電流密度是商業(yè)。Pt/C催化劑的1.9倍，穩(wěn)定性與商業(yè)Pt/C催化劑相當。根據(jù)實驗結果，CoPt—b納米粒子對甲醇氧化有較好的催化活性可歸因于Co元素的協(xié)同作用和其特殊的空心結構。原位紅外光譜結果表明，當CoPt—a和CoPt—b納米粒子負載在中等反射率的GC基底或高反射率的Au基底上時，無論是在固/液

4、界面還是固/氣界面，吸附態(tài)CO均給出異常紅外效應(AIREs)的光譜特征。不同反射率的基底會影響增強紅外吸收強度、半峰寬、Stark系數(shù)等參數(shù)，但不會改變AIREs光譜特征。進一步證明AIREs是一維CoPt納米材料本身的特性，與基底無關。首次觀察到一維納米材料同樣具有異常紅外效應。研究結果有助于深入認識低維納米材料異常紅外性能的本質。 (2)單分散NiPt納米粒子合成及其性能研究。首次將電位置換法成功地應用到較難合成的NiPt

5、體系，制備了單分散的NiPt納米粒子。在實驗的基礎上，提出了合成機理。結果指出，實驗體系的溫度、反應物的滴加順序和反應物比例是決定產物組成和結構的關鍵因素。NiPt納米粒子同樣表現(xiàn)出超順磁性行為，測得阻塞溫度TB為7.8 K，5 K時矯頑力為517 Oe；原位紅外光譜研究結果給出，在固/液界面和固/氣界面、在中等反射率的GC基底和高反射率的Au基底上獲得的結果光譜和單光束光譜中，吸附在NiPt納米粒子上的CO均給出類Fano紅外效應特征

6、。同時表現(xiàn)出很強的紅外增強吸收，測得在GC基底和Au基底上的紅外增強因子分別為73和112。本研究首次在化學法合成的單分散NiPt納米粒子上觀察到類Fano紅外效應，進一步驗證了類Fano紅外效應同樣是低維納米材料特殊的紅外光學性能，對深入認識低維納米材料特殊紅外性能本質亦具有重要價值。 (3)空心結構NiPt和CoPt納米粒子對甲醇電催化氧化性能研究。首次運用電位置換法和共還原法得到空心結構(NiPt-a)和實心結構(NiPt

7、-b)納米粒子。電化學循環(huán)伏安研究結果指出，NiPt-a納米粒子對甲醇氧化具有很高的電催化活性，其氧化電流密度是商業(yè)化Pt/C催化劑的1.9倍，同時具有較好的穩(wěn)定性。NiPt納米粒子對甲醇氧化有較好催化活性主要歸因于雙功能機理，也與納米粒子的化學效應、電子效應及其特殊的空心結構相關聯(lián)。運用原位紅外光譜在分子水平研究了空心結構CoPt和NiPt納米粒子上甲醇的電化學氧化過程。在空心結構CoPt納米粒子上，檢測到毒性中間體CO及其給出的異常

8、紅外效應光譜特征；而在空心結構NiPt納米粒子上觀察到類Fano紅外效應，與直接用CO做為分子探針得到的結果一致?？招慕Y構納米粒子具有較高的催化活性，同時能提高金屬催化劑利用率。因此，研究結果對發(fā)展燃料電池新型Pt基納米催化劑具有指導意義。 (4)核殼結構CoPt@Pt納米粒子的合成、自組裝及其紅外光學性能研究。運用改進的化學還原和電位置換法得到了CoPt納米粒子，以HRTEM、XPS、XRD等方法表征確認制備的納米粒子為核殼結

9、構。通過液/液界面自組裝得到CoPt@Pt納米粒子單層薄膜。透射紅外光譜結果指出，吸附態(tài)CO在單分散無序堆積的CoPtd/Si上給出增強紅外吸收，而在納米粒子薄膜CoPta/Si上給出類Fano紅外效應。在CoPta/Si上吸附態(tài)CO的譜峰強度比在CoPtd/Si上增強了約5倍。研究結果為合成核殼結構納米粒子提供了一種新方法，進一步發(fā)展了液/液界面自組裝方法。 本論文研究結果對深入認識CoPt和NiPt納米粒子的特殊性能，探索低