【摘 要】
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金基纳米材料显著的尺寸效应使其具有独特的光电、催化等性质,可广泛应用于生物医药、能源化工等领域。本文以Au纳米颗粒为研究主体,系统探究了金基纳米材料的潜在价值。与块体金相比,金空心球在光电催化和光热治疗方面具有巨大的应用前景,但目前的制备方法具有原子利用率低、规模小、步骤繁琐等缺点。我们开发了一种制备中空金的合成途径,并对其形貌进行调控,探究其影响因素。此外,Au与前区元素的合金化中存在补偿效应,
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金基纳米材料显著的尺寸效应使其具有独特的光电、催化等性质,可广泛应用于生物医药、能源化工等领域。本文以Au纳米颗粒为研究主体,系统探究了金基纳米材料的潜在价值。与块体金相比,金空心球在光电催化和光热治疗方面具有巨大的应用前景,但目前的制备方法具有原子利用率低、规模小、步骤繁琐等缺点。我们开发了一种制备中空金的合成途径,并对其形貌进行调控,探究其影响因素。此外,Au与前区元素的合金化中存在补偿效应,我们以廉价的Ti元素作为合金元素,对Au-Ti合金纳米颗粒的可控制备、结构组成、尺寸形貌和催化性能等方面进行了深入研究。所得结果证实在Au基合金中引入Ti元素可大幅度提高其催化活性,也符合Trasatti模型对于合金催化剂HER性能的预测,进一步论证了合金化前区元素对金基催化剂有着非常显著的增强作用。本论文的第一部分工作是在湿化学法制备Au纳米颗粒的基础上,通过快速加热-冷却法制备金空心球。研究了不同载体、驱动电流、持续时间以及爬坡/冷却时间对金空心球微结构的影响。结果表明,采用萘锂处理过后的碳载体作为支撑载体,在快速加热-冷却过程中,驱动电压30 V,驱动电流35 A,持续时间为20 s,爬坡时间为2 s时,可制备出金空心球。该方法的优点是无模板、无溶剂且省时。这项工作为简单、快速地合成中空结构材料提供了一定的参考价值。本论文的第二部分工作是采用加压共还原法成功制备了Au-Ti合金纳米颗粒。研究了实验方法、表面活性剂、反应压力以及支持载体对样品微结构的影响。结果发现,当前驱体溶液中的Au3+浓度为0.0033 M,Ti4+浓度为0.0008-0.0033 M时,采用萘锂处理过后的科琴黑碳载体作为支持载体,反应压力为0.5 MPa时,可制备出分散性好,粒径分布窄,颗粒尺寸约为7-9 nm的系列的Au-Ti合金纳米颗粒。Ti4+浓度为0.0008、0.0011、0.0016和0.0033 M时可制得原子比例为1.21:1、2.36:1、3.24:1、4.14:1的Au-Ti合金纳米颗粒。对样品的电催化析氢性能测试结果表明:Au与Ti的原子比例为1.21:1时,Au-Ti合金纳米颗粒在0.5 M H2SO4溶液中具有最优的催化活性。在碱性条件下(1 M KOH溶液),不同Ti掺杂量的Au-Ti合金纳米颗粒的催化活性均优于Au。
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