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铂基纳米催化剂的制备与催化性能研究引言：催化剂是化学反应中至关重要的组成部分，可以提高反应速率和选择性。
其中，铂基催化剂因其优异的电催化性能在许多领域得到广泛应用，如能源转化、环境保护和有机合成等。
在过去的几十年里，随着纳米技术的快速发展，铂基纳米催化剂备受关注，因其高比表面积和特殊的催化性能而被认为是未来催化剂研究的重要方向。
一、制备方法1. 溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是一种常用的制备铂基纳米催化剂的方法。
通过将金属前体与溶胶剂混合，并加入适量的表面活性剂或分散剂，在适当的条件下进行高温煅烧，得到均匀分散的纳米颗粒。
此法制备的铂基纳米催化剂具有较高的比表面积和催化活性。
2. 水热法水热法是另一种常用的制备方法，通过在高温高压的水环境下进行反应，使金属盐类和还原剂发生化学反应，形成纳米颗粒。
水热法制备的铂基纳米催化剂具有较高的结晶度和催化活性，适用于某些特殊反应。
二、催化性能研究1. 电催化性能铂基催化剂在电催化反应中具有优越性能，如电解水制氢、燃料电池和电化学合成等。
研究表明，铂基纳米催化剂具有较大的比表面积和更多的表面活性位点，可以提高反应速率和催化活性。
2. 催化选择性除了反应速率，催化剂的选择性也非常重要。
铂基纳米催化剂具有可调控的结构和表面形貌，可以通过调整催化剂的晶体结构和表面组分来改变其催化选择性。
例如，在有机合成中，通过控制铂基纳米催化剂的粒径和形状，可以实现对目标产品的高选择性合成。
3. 抗中毒性在一些催化反应中，如燃料电池和汽车尾气处理中，催化剂易受中毒物质的影响，导致催化活性降低。
铂基纳米催化剂由于其高比表面积和分散性，具有更好的抗中毒性能。
研究表明，纳米尺寸的铂颗粒能够减少中毒物质的吸附和固定，提高催化剂的稳定性和寿命。
结论：铂基纳米催化剂的制备与催化性能研究是当前催化剂研究的热点和挑战。
通过不同的制备方法，可以得到具有不同形貌和结构的纳米颗粒。
同时，铂基纳米催化剂具有较高的催化活性、可调控的催化选择性和更好的抗中毒性能。
第24卷,第7期 光谱学与光谱分析Vol 124,No 17,pp817-8192004年7月 Spectroscopy and Spectral AnalysisJuly,2004Pt 纳米微粒自组装体系的电化学和原位FTIR 反射光谱研究陈 卫,孙世刚*厦门大学化学系,固体表面物理化学国家重点实验室,福建厦门 361005摘 要 用化学还原法制备了铂金属纳米微粒,透射电子显微镜(TE M )表征纳米Pt 微粒的平均直径为215nm 。
通过二硫醇将Pt 纳米微粒组装到多晶金电极表面。
以Fe(CN)4-P 3-6的氧化还原作为探针反应的电化学研究表明,Au 表面组装二硫醇后抑制了电极/溶液界面的电子传递过程,而在二硫醇上再组装铂纳米微粒后,电子传递又可进行。
运用电化学FTIR 反射光谱研究了Pt 纳米微粒组装电极在酸性介质中CO 的吸附,检测到CO 的线型、桥式吸附态,分别在2030和1845cm -1附近给出红外吸收谱峰,并且有增强红外效应。
此外,还观察到Pt 纳米微粒上的CO 孪生吸附态。
红外吸收峰位于2100cm -1附近。
主题词 Pt 纳米微粒;自组装;原位FTIR 反射光谱中图分类号:O646 文献标识码:A 文章编号:1000-0593(2004)07-0817-03收稿日期:2002-08-20,修订日期:2002-12-18基金项目:国家自然科学基金(20021002,29833060,20023001)和教育科学研究基金资助项目作者简介:陈 卫,1973年生,厦门大学化学系博士研究生 *通讯联系人近年来,纳米科技迅速发展,纳米微粒作为纳米材料家族中的重要一员,备受关注[1-3]。
纳米粒子在光、电、磁、催化等方面具有既不同于大块材料也不同于原子的独特性能。
纳米电子学、纳米生物学等领域的发展要求各种电子器件及生物器件的尺寸微小化,集成度也越来越高,元件的尺寸将最终发展到纳米尺度。
而纳米微粒是构筑纳米结构体系的重要物质单元。
贵金属纳米颗粒的制备与应用近年来，贵金属纳米颗粒在化学、物理、生物学等领域得到了广泛的关注和研究。
其特殊的光电学、磁电学、电学性质和催化活性，为其在催化、生物医学、传感、信息处理等领域的应用提供了巨大的潜力。
本文旨在介绍贵金属纳米颗粒的制备方法和应用领域。
一、贵金属纳米颗粒的制备方法金（Au）、银（Ag）和铂（Pt）等贵金属纳米颗粒是目前研究最为广泛的贵金属材料。
它们的制备方法包括化学还原法、光化学法、电化学法和热分解法等。
1. 化学还原法化学还原法是制备贵金属纳米颗粒的传统方法，其原理是通过还原剂还原贵金属离子为金属纳米颗粒。
该方法操作简便，成本低廉，制备出的纳米颗粒分散性好，但在还原剂的选择上需要考虑副反应的影响。
2. 光化学法光化学法是将纳米材料化合物光还原成原子集群或纳米颗粒的方法。
该方法更适合制备银、铂等纳米材料，其优点是操作简单、操作时需要的化学药品少；但是，其基础理论和操作过程比较复杂，需要对光源的选择、光化学反应动力学和热力学等方面有深刻理解。
3. 电化学法电化学法是指在不同电势下，通过电极反应将金、银、铂等贵金属还原为纳米颗粒的方法。
在该方法中，反应液中的金属离子与电极上生成的活性质子/电子配对，这些配对经过再反应便可生成纳米颗粒。
电化学法制备出的纳米颗粒形状多样，但还需要研究其纳米颗粒的尺度分布、自组装形态等方面。
4. 热分解法热分解法是通过将有机溶剂中的金属化合物在高温下分解得到金属纳米颗粒。
该方法操作简单，可制备大批量的纳米颗粒，但需要考虑化合物的选择和热分解的温度等因素，同时过高的热分解温度会导致纳米颗粒聚缩成多面体或更大尺寸的聚集体。
二、贵金属纳米颗粒的应用领域1. 催化领域贵金属纳米颗粒在化学反应催化领域得到了广泛的应用，主要用于有机氧化、还原和烷基化反应等催化反应中。
贵金属纳米颗粒的催化活性与其表面等因素有关，如纳米颗粒的粒径、晶面结构和表面修饰化学基团等。
2. 生物医学领域贵金属纳米颗粒在生物医学领域被广泛应用于诊断和治疗。
《铂及其合金纳米颗粒形貌控制合成》摘要本文致力于研究铂及其合金纳米颗粒的形貌控制合成。
纳米科技是现代科学的重要领域，而铂及其合金纳米颗粒因其独特的物理化学性质，在催化、能源、生物医学等领域有着广泛的应用。
本论文从不同合成方法的角度，深入探讨形貌控制合成的高质量铂及合金纳米颗粒的关键因素。
一、引言在纳米科技中，纳米颗粒的形状、大小及结构对于其性能起着决定性的作用。
特别是在铂及其合金纳米颗粒的合成过程中，形貌控制显得尤为重要。
铂是一种贵金属，具有优异的导电性、催化活性和化学稳定性，而其合金纳米颗粒则具有更丰富的物理化学性质和更广泛的应用领域。
因此，对铂及其合金纳米颗粒的形貌控制合成的研究具有重要意义。
二、铂及其合金纳米颗粒的合成方法目前，铂及其合金纳米颗粒的合成方法主要包括化学还原法、热分解法、模板法等。
其中，化学还原法因其操作简便、反应条件温和等优点，被广泛应用于实验室和工业生产中。
三、形貌控制合成的关键因素1. 反应物的浓度和比例：反应物的浓度和比例是影响纳米颗粒形貌的关键因素。
适当的浓度和比例可以使得反应过程中各组分之间达到平衡，从而形成理想的形貌。
2. 表面活性剂：表面活性剂在纳米颗粒的合成过程中起着重要作用。
它可以吸附在纳米颗粒表面，改变其表面能，从而影响纳米颗粒的形貌。
3. 温度和时间：温度和时间也是影响纳米颗粒形貌的重要因素。
在化学反应中，适当的温度和时间可以使得反应过程更加稳定，有利于形成理想的形貌。
四、高质量铂及其合金纳米颗粒的合成实例以化学还原法为例，通过调整反应物的浓度和比例、添加适当的表面活性剂以及控制反应温度和时间等手段，可以成功合成出高质量的铂及其合金纳米颗粒。
通过透射电子显微镜（TEM）等手段观察发现，这些纳米颗粒具有理想的形貌和均匀的尺寸分布。
五、应用前景铂及其合金纳米颗粒因其独特的物理化学性质和可控的形貌，在催化、能源、生物医学等领域有着广泛的应用前景。
例如，在催化剂领域，铂及其合金纳米颗粒可以用于提高燃料电池、氢气生产等领域的催化效率；在生物医学领域，铂纳米颗粒可以用于制备药物载体、生物探针等。
一种纳米铂-稀土合金及其制备方法和用途嘿，咱今天来聊聊一种超厉害的东西，那就是纳米铂-稀土合金！你可别小瞧了它，这玩意儿就像是科技世界里的一颗璀璨明星呢！先来说说它是怎么制备的吧。
这就好比是一场精细的烹饪，需要各种恰到好处的步骤和材料。
科研人员们就像是经验丰富的大厨，小心翼翼地调配着各种成分，通过一系列神奇的操作，让纳米铂和稀土完美地融合在一起。
想象一下，就像是把不同口味的食材巧妙地搭配在一起，创造出令人惊艳的美味佳肴。
制备出来的纳米铂-稀土合金啊，那可是有着各种各样神奇的用途呢！它就像是一把万能钥匙，可以打开好多扇科技领域的大门。
在催化领域，它能让化学反应进行得更加高效、快速，就好像给化学反应加上了一对翅膀，让它们能够飞速前进。
在能源领域呢，它又能发挥大作用，帮助提高能源转化效率，让我们的能源利用更加充分。
你说这纳米铂-稀土合金厉害不厉害？它可不只是在实验室里发光发热哦，说不定未来的某一天，我们日常生活中的好多东西都离不开它呢！比如说，我们开的汽车，可能就因为有了它，尾气排放更少了，对环境更友好了；我们用的电子产品，也可能因为它而变得更加强大、高效。
而且啊，随着科技的不断进步，对纳米铂-稀土合金的研究肯定也会越来越深入。
谁知道未来它还会给我们带来哪些惊喜呢？也许它会让我们的生活发生翻天覆地的大变化呢！这可不是我在吹牛呀，科技的力量是无穷的，这种纳米铂-稀土合金就是一个很好的例子。
它就像是一个充满潜力的宝藏，等待着人们去不断挖掘、开发。
科研人员们在这个领域不断探索、尝试，就是为了让它能更好地为我们服务。
我们也应该对这些科研成果充满期待呀，说不定哪天我们就能享受到它带来的巨大好处呢！总之呢，纳米铂-稀土合金可真是个了不起的东西。
它的制备方法就像是一场奇妙的魔术，而它的用途更是让人惊叹不已。
我们要相信科技的力量，相信这种神奇的合金会在未来给我们带来更多的惊喜和改变。
难道不是吗？让我们一起期待吧！。
铂纳米微粒制备方法的研究Ξ李明元1,毛立群2,郭建辉2,黄在银1(1.广西大学化学化工学院,广西,南宁 530004;2.河南大学化学化工学院,河南,开封 475001)
摘 要:分散型铂纳米微粒和负载型铂纳米微粒都是重要的催化剂。制备尺度可控、粒度分布均一的铂纳米微粒,对提高其催化活性和选择性,以及延长其使用寿命具有重要的意义。本文介绍了分散型和负载型铂纳米微粒常用的制备方法,讨论了各方法的制备原理及其优缺点。关键词:纳米铂;制备方法;分散型;负载型
1 前言铂及其合金在石油和化学工业中主要用作催化剂,对加氢反应,氧化反应具有较好的催化性能[1-2]。近年来随着纳米科学与技术研究的不断深入,研究工作者发现纳米铂由于具有比表面积高和因而显示出的更高的催化活性,使得关于纳米铂的制备及催化性能研究成为热点[3-5]。铂纳米微粒的制备方法大致分为两类,即化学法(化学还原法、微乳液法等)和物理方法(真空蒸镀法、等离子体溅射法、粒子束外延法等)。铂纳米微粒的催化性能与其制备方法密切相关,微粒的尺度、形貌、化合价等对其催化性能起着至关重要的作用[6],此外,对于载体型纳米铂催化剂而言,载体的性质也同样对纳米铂的催化性能也会产生影响。本文简述了铂纳米微粒的制备方法,主要介绍各种制备方法的原理及其优缺点,以及运用这些方法制备3铂纳米微粒所取得的进展。2 分散型铂纳米微粒的制备分散型铂纳米微粒的制备方法主要有化学还原法、微乳液法、吸氢多次还原法等。目前关于负载型铂纳米微粒的制备研究较多,而分散型铂纳米微粒的制备研究相对较少。2.1 化学还原法化学还原法制备纳米铂微粒,一般是在含有金属铂的盐或者酸里面加入还原剂还原高价铂到铂单质,然后经过洗涤、过滤、干燥、煅烧等处理后得到催化剂铂纳米粉体。常用的还原剂有甲醛[7]、多聚甲醛[8]、硼氢化钠[9]、硫代硫酸钠、连二亚硫酸钠、乙醇、乙二醇、柠檬酸、葡萄糖、水合肼等。化学还原法具有操作简单,反应条件温和,对仪器的要求低等优点。但是用化学还原法制备铂纳米微粒需要加入还原剂、保护剂等,在后处理过程中需采用高温焙烧的方法将它们除去。而在焙烧过程中容易造成保护剂的碳化和铂纳米微粒的团聚[10],因此化学还原法不容易得到小尺度,且粒度均一的铂纳米微粒。保护剂主要有聚合物、有机配合物、壳聚糖、表面活性剂等[11]。通常,保护剂的加入量对铂纳米微粒尺度有重要影响,铂纳米微粒的团聚程度随着保护剂的加入量的增加而减小。唐浩林等[12]在碱性条件下(pH=8.5)
用无水乙
醇还原氯铂酸,并采用Nafion聚离子对生成的铂纳米微粒进行表面修饰,得到平均粒径为4nm的铂纳米微粒。Nafion憎水性极强的高分子主链和亲水性的磺酸基团对铂纳米微粒具有良好的化学修饰作用,且Nafion聚离子对铂存在位阻作用,使铂纳米微粒稳定吸附在Nafion聚离子上而彼此分散开。陈卫等[13-14]在碱性条件下用甲醇做还原剂还原氯铂酸,分别在加入保护剂聚乙烯吡咯烷酮(PVP)和没
有加入保护剂的条件下制得了平均粒径为2.5nm
的球状铂纳米微粒。杨玉琴等[15]在加入保护剂PVP
下,用两种还原剂乙醇和硼氢化钠还原氯铂酸制得铂纳米微粒。他们的研究表明,加入的保护剂越多,
得到的铂纳米微粒就越小,分散性也越好,但是保护剂加入的越多,制备的铂纳米颗粒的催化性能就越低。他们还发现,用硼氢化钠做为还原剂制备的铂纳米微粒较小并且很少有团聚现象。吕高孟等[16]以吡啶为保护剂,在室温条件下以硼氢化钾为还原剂制得了粒径在2.0～3.0nm的铂纳米微粒。用吡啶作保护剂解决了空气对保护剂的破坏从而使胶体纳米铂可以较长时间地存在。但胶体纳米铂难以分离,因此他们所制备的铂纳米粒子并没有从胶体中分离出来。由Fox研究小组[17]用聚芳醚二硫树枝状分子作保护剂得到启发,张伟等[18]用聚芳醚三乙酸铵树枝分子作为保护剂制得了平均粒径为2.5nm的铂纳米微粒。聚芳醚三乙酸铵树枝分子上的羟基与铂纳米微粒之间有较强的相互作用,使其具有较好的稳定性,不宜发生团聚。2.2 微乳液法微乳液中油包水型(WO)的水核尺寸小且彼
此分离,不同水核内不能进行物质交换,因此适当的微乳液可以制备出尺寸和大小都比较均一且分散性好的纳米微粒[19]。微乳液中组分的比例对纳米微粒
5 2007年第12期
内蒙古石油化工
Ξ收稿日期:2007-08-14
基金项目:河南省教育厅资助项目(2007150007)的形成有很大的影响,通过调节微乳液中水核的大小可以对纳米粒子的粒径和稳定性进行精确控制。但是微乳液法制备的铂纳米微粒不易分离出来,分离后得到的纳米微粒尺寸不很均匀,从而影响其催化活性。罗阳明等[20]用水合肼做还原剂,在十六烷基三甲基溴化胺-正辛醇-水组成的微乳液中制得了粒径为6～8nm的铂纳米微粒,并且研究了微乳液的配比和水含量的多少对铂纳米微粒大小的影响,铂纳米微粒的平均粒径随着水含量增加而增大。邵庆辉等[21]同样用水合肼做还原剂,在十六烷基三甲基溴化铵-正辛醇-环己烷-水形成的微乳液中制备了粒径约为3nm的铂纳米微粒,微粒分布均匀且极少团聚,并且发现溶水量大的微乳液制备的铂纳米微粒粒径较小。2.3 吸氢多次还原法吸氢多次还原法是在已经生成的铂核表面吸附氢气,用氢气还原高价铂在已经生成的铂核表面继续沉积铂。只要原始铂核足够小,通过控制吸氢还原的次数就能得到大小不同的铂纳米微粒,吸氢多次还原法是一种控制纳米微粒尺度的新方法。杜玉扣等[22]在制备的铂溶胶表面吸附氢,还原氯铂酸,得到铂纳米微粒。他们通过控制吸附氢的次数来控制铂纳米微粒的大小,经过32次吸附氢,制备了粒径可在1.8～14.1nm范围内变化的铂纳米微粒,平均每次吸氢增长0.4nm,且得到的铂纳米微粒具有较好的单分散性。周秋华等[23]在PVP的保护下用化学还原的方法制备了Pt-PVP铂纳米微粒,通过在Pt-PVP表面吸附氢还原氯金酸得到表面负载不同量金原子的纳米铂催化剂。3 负载型铂纳米微粒的制备进展铂纳米微粒具有高表面能,容易发生团聚。若将铂纳米微粒负载在载体上可有效地阻止其团聚。有些载体能协同铂一起产生催化作用,从而提高催化活性。据此,可以把载体分为活性载体和惰性载体。惰性载体主要有活性炭、炭黑、碳纳米管、富勒烯等各种含碳的载体,它们本身较少参与或者不参与催化反应。活性载体主要是金属和金属氧化物如铂基、金基[24]、氧化铝、二氧化钛等,它们本身能起到催化剂的作用。制备负载型铂纳米微粒的常用方法有化学还原法、浸渍法,微乳液法、离子交换法、电化学沉积法、光(激光)还原法、微波辅助法、真空蒸镀法等。其中,化学还原法、微乳液法、离子交换法等制备铂纳米微粒需要用到还原剂,因此统称为化学法。还原剂的加入引入了比较难以除去的杂质,使催化剂的性能受到一定的影响。而用浸渍法、电化学沉积法、光(激光)还原法、微波辅助法、真空蒸镀法等制备铂催化剂不加入化学还原剂,引入的杂质相对较少,制备出来的催化剂因而具有较好的催化性能。3.1 化学还原法用化学还原法制备负载型铂纳米微粒与制备分散型铂纳米微粒相似,负载型铂纳米微粒的制备是在高价Pt的化学还原过程中加入载体,使纳米铂直接沉淀在载体上。常用的载体为纳米级粉体或者多孔型固体,如纳米二氧化钛粉体、氧化铝粉体、碳纳米管、沸石等。通常,载体的选择和处理对催化剂的催化性能有较大的影响。毕迎普等用硝基甲烷[10]、甲醛[25]做还原剂制备了PtΧ-Al2O3催化剂,他们发现,改变pH值可以较好控制纳米微粒的粒径。于志辉等[26]利用硼氢化钠还原HAuCl4和H2PtCl6的混合溶液,制备了纳米Pt、纳米Au-Pt双金属溶胶。用半胱氨酸做为偶联层,利用自组装技术在玻碳电极上制备了Au-Pt半胱氨酸玻碳电极。纳米Au-Pt双金属溶胶中纳米粒子平均粒径为12.6nm,Au∶Pt≈1∶1,Pt固溶于Au的合金,呈面心立方结构。张云河等[27]分别用乙醇和甲醛为还原剂制备了负载在碳纳米管上,粒径为3nm左右的铂纳米颗粒。研究表明,在较高的浓度下进行还原反应和对碳纳米管进行化学修饰预处理,能制备粒度更小、性能更优越的燃料电池催化剂PtMWNTs。陈煜等[8]以多聚甲醛和碳酸钠的混合溶液为还原剂制备了负载在碳纳米管上,粒径为3.6nm、4.0nm、11.9nm的铂纳米微粒,并研究了用不同温度处理碳纳米管对负载在其上面的铂纳米微粒大小的影响。杨晓伟等[28]以硝酸处理的洋葱状富勒烯[OLFs]作为载体,用甲醛还原氯铂酸,制备了粒径分布在1.5～2.5nm的铂微粒。洋葱状富勒烯[OLFs]粒径分布在40～20nm之间,是性能优良的惰性载体,它具有良好的抗腐蚀性,高的导电性,
较大的比表面积。TiO2
作为光催化剂时只能吸收波长较短的紫
外线,且光生电子-空穴对容易发生复合,因而量子效率较低,而采用贵金属沉积则可以有效抑制电子-空穴对的复合[29-30]。杨鸿辉等[31]用水合肼作还原
剂还原氯铂酸,在纳米TiO2-xNx的表面负载单质铂,得到PtTiO2-xNx。当铂含量为0.05%时,表面的铂纳米微粒平均粒径为10nm且分布均匀。3.2 浸渍法浸渍法就是将载体放在适当的活性物质的溶液中浸泡,让活性组分附着在载体上面,然后通过洗涤、干燥、焙烧后得到产物。浸渍法制备的活性纳米微粒具有较宽的尺寸分布,难以精确控制活性组分的粒径。浸渍法一般要求用金属铂的易溶盐,因为铂盐在焙烧时易分解成铂单质。此外,由于载体能改变催化剂的性能,通常对载体要进行前期处理[32]。姚彦丽等[33]用浸渍法制备了PtC催化剂。在碳纳米管上引进活性官能团是沉积贵金属的常用方法[34],能很好地增加碳纳米管的溶解性和反应活
性。姚彦丽等用浸渍法得到负载在碳纳米管上铂纳米微粒。刘渝等[35]用浸渍法在氧化铝纳米微粒上负载Pt得到PtAl2O3催化剂,并且发现PtAl2O3的粒径大于16nm时表面活性原子的比例较低,PtAl2O3的粒径小于16nm时表面失去一部分活性中心,在PtAl2O3的平均粒径为16nm时,显示出最好的催化性能。杜春雨等[36]用Pt(NH3)
4Cl2和
Pt
6内蒙古石油化工 2007年第12期
