發(fā)布時(shí)間：2018-05-03 08:04

  本文選題：納米枝晶 + 催化燃燒　； 參考：《上海大學(xué)》2015年碩士論文

【摘要】：過渡金屬(鉑、鈀、金、銀等)及其合金由于其優(yōu)異的催化、電學(xué)及耐蝕性能,一直吸引著學(xué)界廣泛的研究興趣。石油化工、清潔能源、傳感分析、環(huán)境保護(hù)等諸多領(lǐng)域的發(fā)展,都有賴于納米貴金屬材料研發(fā)領(lǐng)域的進(jìn)步。業(yè)界廣泛認(rèn)為,在納米尺度對(duì)貴金屬材料形貌的可控調(diào)節(jié),將極大的影響納米材料的物理化學(xué)性能,從而為開發(fā)下一代功能材料奠定基礎(chǔ)。在貴金屬納米材料中,具有多級(jí)分形結(jié)構(gòu)的納米枝晶材料被廣泛運(yùn)用于催化、光學(xué)、傳感等領(lǐng)域。然而,形貌可控枝晶形納米顆粒的制備至今仍是材料合成領(lǐng)域的重大挑戰(zhàn)之一。基于此,本文采用一種簡(jiǎn)便的脈沖電化學(xué)沉積方法成功實(shí)現(xiàn)了形貌可控超細(xì)納米鉑枝晶的制備,并結(jié)合材料表征與電化學(xué)原理提出了具有擇優(yōu)取向的納米枝晶生長(zhǎng)機(jī)理。同時(shí),本文結(jié)合實(shí)驗(yàn)與理論計(jì)算,對(duì)納米鉑枝晶的局域電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)和表面等離子體共振(LSPR)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。本文研究的主要內(nèi)容及結(jié)果如下:1.通過調(diào)節(jié)脈沖電化學(xué)沉積方法中的陽(yáng)極電位,制備得到半球形、花狀、枝晶形等不同形貌的鉑納米結(jié)構(gòu)。其中,納米枝晶形鉑顆粒的三次枝晶呈現(xiàn)10-20 nm的超細(xì)尺寸。研究發(fā)現(xiàn),鉑納米枝晶各層次的枝晶晶面擁有不同的擇優(yōu)取向:枝干、二次枝晶、三次枝晶分別呈現(xiàn)111,110和311的生長(zhǎng)晶向。其生長(zhǎng)機(jī)理與脈沖電位作用下的表面物種吸脫附及擴(kuò)散控制具有重要關(guān)聯(lián)。2.甲醇催化燃燒性能表征結(jié)果證明,不同形貌鉑納米結(jié)構(gòu)對(duì)于該反應(yīng)的催化活性有:枝晶形花狀半球形。特別的,在150 oC反應(yīng)溫度下的Pt納米枝晶轉(zhuǎn)化頻率(TOF)達(dá)到了0.33 mmol·min-1·mg-1,其值為相同反應(yīng)條件下半球形Pt納米結(jié)構(gòu)催化活性的四倍。3.靜電力顯微鏡研究結(jié)果證明,具有高曲率半徑的納米Pt枝晶針尖具有強(qiáng)烈的局域電場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)。4.有限元理論計(jì)算結(jié)果證明,納米枝晶材料的表面等離子體共振(LSPR)“熱點(diǎn)”集中在枝晶“主干-分支”的連接區(qū)域,其強(qiáng)度隨著橫向等離子共振模式比例的增大而增強(qiáng)。同時(shí),在Pt納米枝晶表面的尖銳形貌區(qū)域存在高強(qiáng)的局域電場(chǎng)。通過研究發(fā)現(xiàn),Pt納米枝晶的LSPR效應(yīng)對(duì)材料的尺寸、構(gòu)型十分敏感。其中,單根Pt納米枝晶在波長(zhǎng)為672 nm的電場(chǎng)增強(qiáng)系數(shù)|Emax|/|Eo|為27,而具有“尾對(duì)尾”構(gòu)型(BB)的納米枝晶雙聚體在波長(zhǎng)為920 nm處的電場(chǎng)增強(qiáng)系數(shù)|Emax|/|Eo|達(dá)到了53。
[Abstract]:Transition metals (platinum, palladium, gold, silver and so on) and their alloys have attracted extensive research interest due to their excellent catalytic, electrical and corrosion resistance. The development of petrochemical, clean energy, sensor analysis, environmental protection and other fields depend on the development of nano-precious metal materials. It is widely believed that the controllable adjustment of the morphology of noble metal materials at nanometer scale will greatly affect the physical and chemical properties of nanomaterials and thus lay a foundation for the development of the next generation of functional materials. Among noble metal nanomaterials, nanocrystalline materials with multilevel fractal structure are widely used in catalysis, optics, sensing and other fields. However, the preparation of controllable dendrite nanoparticles is still one of the major challenges in the field of material synthesis. Based on this, a simple pulsed electrochemical deposition method was used to successfully prepare ultrafine platinum dendrites with controllable morphology, and the growth mechanism of nanocrystalline dendrites with preferred orientation was proposed based on the characterization of materials and electrochemical principle. At the same time, the enhancement effect of local electric field and the surface plasmon resonance (LSPRs) of nanocrystalline platinum dendrites are studied systematically by combining experiments and theoretical calculations. The main contents and results of this paper are as follows: 1. By adjusting the anode potential of pulsed electrochemical deposition, platinum nanostructures with different morphologies, such as hemispherical, flower-like and dendritic shapes, were prepared. Among them, the cubic dendrites of nanocrystalline platinum particles show ultrafine size of 10-20 nm. It is found that the dendrite faces of platinum nanocrystals have different preferred orientations: branch, secondary dendrite, and tertiary dendrite with a growth direction of 111110 and 311, respectively. Its growth mechanism is closely related to the surface species desorption and diffusion control under the action of pulse potential. The results of methanol catalytic combustion showed that the catalytic activity of platinum nanostructures with different morphologies for the reaction was dendrite flower-shaped hemispherical. In particular, the conversion frequency of Pt nanocrystals at 150oC reaction temperature is 0.33 mmol min-1 mg-1, which is four times of the catalytic activity of the hemispherical Pt nanostructures under the same reaction conditions. The results of hydrostatic microscope show that the nanocrystalline Pt dendrite tip with high curvature radius has a strong local electric field enhancement effect. The results of finite element theory show that the "hot spot" of surface plasmon resonance (LSPRs) of nanocrystalline materials is concentrated in the junction region of dendrite "trunk and branch", and its intensity increases with the increase of transverse plasmon resonance mode ratio. At the same time, there is a high local electric field in the sharp surface of Pt nanocrystalline. It is found that the LSPR effect of Pt nanocrystals is very sensitive to the size and configuration of the materials. The electric field enhancement coefficient (Emax / Eo) of single Pt nanocrystalline is 27 at wavelength of 672nm, while the electric field enhancement coefficient (Emax / Eo) of nanocrystalline dimer with "tail to tail" configuration is 53 at 920nm.
【學(xué)位授予單位】：上海大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TB383.1;O614.826

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本文編號(hào)：1837681