可控合成贵金属纳米材料

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贵金属纳米材料

贵金属纳米材料

贵金属纳米材料

贵金属纳米材料是指由贵金属(如铂、金、银等)制备而成的纳米级材料。由

于其特殊的物理、化学性质以及广泛的应用前景,贵金属纳米材料已成为当前研究的热点之一。

首先,贵金属纳米材料具有较大的比表面积。由于其纳米级尺寸,贵金属纳米

材料的比表面积相对较大,这使得其具有更多的活性位点,从而能够更有效地催化化学反应,提高催化性能。此外,较大的比表面积也使得贵金属纳米材料在传感器、生物医药等领域具有更广泛的应用前景。

其次,贵金属纳米材料具有优异的电子结构。纳米级尺寸使得贵金属纳米材料

的电子结构发生变化,出现了量子尺寸效应,导致其电子性质发生变化。这种变化不仅影响了材料的光电性能,还使得贵金属纳米材料在催化、传感等领域具有独特的优势。

此外,贵金属纳米材料还具有较高的化学活性。相比于传统的贵金属材料,贵

金属纳米材料由于其特殊的结构和表面性质,具有更高的化学活性,能够更有效地参与化学反应,提高反应速率,降低反应温度,从而在催化、电化学等领域具有广泛的应用价值。

最后,贵金属纳米材料还具有良好的可控性。通过合理的合成方法和条件,可

以精确地控制贵金属纳米材料的形貌、尺寸、结构等特征,从而调控其性能。这为贵金属纳米材料的应用提供了更多的可能性,也为其在能源、环境等领域的应用提供了更多的选择。

总之,贵金属纳米材料以其独特的物理、化学性质,以及广泛的应用前景,成

为当前研究的热点之一。未来,随着纳米技术的不断发展和深入,相信贵金属纳米材料将在更多领域展现出其独特的价值,为人类社会的发展做出更大的贡献。

纳米金属材料

纳米金属材料

纳米金属材料

纳米金属材料是指具有纳米级尺寸的金属颗粒组成的材料。由于金属颗粒尺寸变小,其比表面积增大,从而导致材料的物理、化学、电学等性质发生显著改变。近年来,纳米金属材料因其特殊的性质和广泛的应用前景,成为材料科学领域的研究热点之一。

首先,纳米金属材料具有较大的比表面积。纳米颗粒的尺寸在

1-100纳米之间,比表面积比同样质量的宏观颗粒要大得多。

这是因为纳米颗粒的体积较小,但其表面积却较大,使得纳米金属材料具有更多的活性表面,从而有利于吸附、催化等反应的进行。

其次,纳米金属材料具有优异的物理和化学性质。由于纳米颗粒的尺寸效应和表面效应,纳米金属材料表现出与宏观金属材料不同的物理和化学性质。例如,纳米金属材料的熔点和热膨胀系数等会随着颗粒尺寸的减小而发生变化。此外,纳米金属材料的导电性、导热性、力学性能等也显示出与传统金属材料不同的特点,拥有更高的电导率、热导率和强度。

再次,纳米金属材料具有广泛的应用前景。由于其独特的性质,纳米金属材料在催化、储能、传感、生物医学等领域具有广泛的应用前景。比如,纳米金属材料可以作为高效的催化剂,用于优化化学反应过程;纳米金属材料也可以用于制备高性能的电池和超级电容器,以实现高能量密度和快速充放电的需求;此外,纳米金属材料还可以应用于生物传感和生物成像等领域,用于疾病的早期诊断和治疗。

然而,纳米金属材料也存在一些挑战和问题。首先,由于纳米金属材料具有较大的比表面积,容易发生颗粒团聚和奇异生长现象,导致材料性能的不稳定性。其次,纳米金属材料在制备过程中需要严格控制各种因素,如反应温度、溶剂选择等,这对工艺条件提出了更高要求。此外,纳米金属材料的生物相容性和环境影响等问题也需要进一步研究。

【精品文章】“不差钱”的纳米科技:贵金属纳米材料的制备方法大全

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“不差钱”的纳米科技:贵金属纳米材料的制备方法

大全

贵金属是有色金属材料中尤为特别的一类,关键就在于那个“贵”字,满满都是金钱的气息。贵金属纳米材料中包括金、银、铂、钯、钌、铑、锇和铱等,因具有突出的催化性质、电性质、磁性质和光学性质,其应用几乎遍及了电子、化工、医药、能源、冶金、陶瓷等所有行业,是纳米科技领域中最富有活力的分支学科之一。

 贵金属纳米粒子在适当条件下可以催化断裂H—H、C—H、C—C和C—O键,被广泛用作催化剂

 但众所周知,食材本身再好,也需要有出色的厨师才能烹饪出精美的菜肴——贵金属纳米材料的物理化学性质、形貌和尺寸及成本同样与其制备方法密不可分。若你想更深入地了解这种“高富帅”的纳米材料,首先就要从制备方法开始。

 贵金属纳米粒子的制备总体来说可分成两类:“从上到下”法(主要是物理法,如机械粉碎、超声波粉碎等)及“从下到上”(主要是化学法,将前驱反应物通过化学还原、光解、热解等方法产生金属原子,聚集成纳米金属颗粒),下文将按反应介质分类来进行总结。

 一、气相法

 惰性气体蒸发冷凝法

 惰性气体冷凝法(简称IGC法)是在低压Ar、He等惰性气体中加热金属,使其蒸发后快速冷凝形成纳米粉末,是制备金属纳米粒子的最直接有

不同形貌银纳米材料的可控制备和物性研究

不同形貌银纳米材料的可控制备和物性研究

不同形貌银纳米材料的可控制备和物性研究贵金属纳米材料具有奇特的物理与化学性能,这些性能对材料的形貌,尺寸,组成和结构等因素极为敏感。因此,可控制备贵金属纳米材料具有十分重要的意义。

作为导电性、导热性最好的贵金属和具有优异表面增强拉曼散射(SERS)性能,银纳米材料长期以来一直是纳米材料科学研究的热点之一。发展简单高效和高质量银纳米材料的合成方法是一项具有挑战性的研究课题。

本文的宗旨在于发展不同形貌银纳米材料的制备技术,揭示银纳米材料的生长机制,探究银纳米材料的光学、电学和热学性能。采用一种改善的溶剂热方法,制备出尺寸可控的、具有高长径比的Ag纳米线,纳米线的直径为25~100 nm,长度为100-200μm。

揭示了共表面活性剂对合成银纳米线的作用机制,获得了反应温度,反应时间和PVP/AgN03摩尔比等实验参数对银纳米线尺寸的影响规律。构筑了银纳米线柔性透明导电薄膜电极,发现导电薄膜具有优异的电学性能,可见光透过率高达96%。

发明了一种新颖的种子辅助电化学方法,成功制备出形貌均一的三角形银纳米片。银纳米片纯度高,尺寸可控,边长为250 nm~2.2μm,厚度为15~40 nm。

通过调节阶跃电流的大小,实现了银纳米片动力学生长过程的有效控制;通过改变阶跃电流的极性,有效地消除了 Ag2O在银电极上的沉积;通过电解银电极,可以源源不断的提供银源,为批量制备银纳米片提供基础。发现银纳米片具有优异的SERS活性,R6G的检测极限可以达到10-10M。

发展了一种超高宽厚比银纳米片的水热制备技术,成功地制备出尺寸可以达

贵金属纳米材料的制备及性能研究

贵金属纳米材料的制备及性能研究

贵金属纳米材料的制备及性能研究

贵金属纳米材料具有很强的电、热、化学催化、表面增强拉曼散射等独特性质,是目前研究的热点之一。制备方法包括溶剂热法、化学沉积法、还原法、水热法、微乳液法、电沉积法和激光还原法等。同时,不同制备方法得到的贵金属纳米材料的形貌、晶相、尺寸、表面性质均不同,对材料的性能也有很大影响。

1. 溶剂热法制备

溶剂热法是一种在高温和高压下进行反应的制备方法,利用有机反应体系中高温高压的环境来控制反应过程中的晶粒形貌和尺寸。这种制备方法可以获得单晶质的贵金属纳米颗粒,且形貌和尺寸可调控性好。如用不同的聚乙烯吡咯烷-多巴胺分子结合单壁碳纳米管制备出的铂纳米颗粒,具有较高的表面增强拉曼散射活性。

2. 化学沉积法

化学沉积法主要是利用还原剂在降低金系氧化物和双氧水时,由溶液中取出贵金属原子而形成纳米晶粒。这是一种经济、简便的制备方式,但需要适当控制溶液酸度、温度、还原剂的浓度等因素才能制备出较为理想的贵金属纳米材料。如用与金离子有很好络合作用的吡啶和乙醇对氯金酸进行还原制备出的金纳米颗粒内部空心,具有很高的表面积和优异的催化性能。

3. 还原法

还原法主要是利用还原剂还原金属离子形成纳米粒子。作为一种古老的贵金属纳米材料制备方法,其操作简单,所得的产品质量也很稳定。如用过硫酸铵还原氯铂酸,制备出的铂纳米颗粒具有很好的静电抗干扰性能。

4. 水热法

水热法在高温高压水相中制备贵金属纳米材料,适用于制备具有非球形形貌的纳米颗粒。水热法可以控制颗粒尺寸、形状和分散性,同时较少产生副产物,对环境影响较小。如用硫酸铂(IV)、蔗糖和水在微波水热反应器中反应制备出的负耦合金纳米颗粒形貌规整,具有良好的电化学性能。

贵金属纳米材料

贵金属纳米材料

贵金属纳米材料

贵金属纳米材料是一种具有微纳米尺度结构的材料,其中贵金属如铂、金、银

等被制备成纳米级颗粒或纳米结构。这些材料因其独特的物理化学性质,在催化、传感、生物医学等领域展现出了广泛的应用前景。

首先,贵金属纳米材料在催化领域具有重要意义。由于其高比表面积和丰富的

表面活性位点,贵金属纳米材料在催化剂中表现出了优异的催化活性和选择性。例如,铂纳米颗粒被广泛应用于燃料电池中作为氧还原反应的催化剂,而金纳米材料则被用于低温氧化反应。此外,贵金属纳米材料还可用于有机合成反应中,提高反应速率和产物选择性。

其次,贵金属纳米材料在传感领域也展现出了巨大潜力。由于其高灵敏度和特

异性,贵金属纳米材料被广泛应用于生物传感器、化学传感器等领域。例如,银纳米颗粒可用于检测生物分子,而金纳米材料则可用于检测环境中的有害物质。这些传感器具有快速响应、高灵敏度和低检测限的特点,对环境监测和生物诊断具有重要意义。

此外,贵金属纳米材料在生物医学领域也有着广泛的应用。由于其优异的生物

相容性和生物活性,贵金属纳米材料被用于药物输送、肿瘤治疗、光热治疗等方面。例如,铂纳米颗粒可用于载药,金纳米材料可用于光热治疗。这些应用为医学诊断和治疗带来了新的可能,为癌症治疗、药物传递等提供了新的途径。

总的来说,贵金属纳米材料具有广泛的应用前景,其在催化、传感、生物医学

等领域展现出了重要的作用。随着纳米技术的不断发展,贵金属纳米材料必将在更多领域展现出其独特的价值,为科学研究和工程应用带来新的可能。

纳米金属有机骨架材料的设计与合成

纳米金属有机骨架材料的设计与合成

纳米金属有机骨架材料的设计与合成

纳米金属有机骨架材料(MOF)是一种新型的有机-金属材料,具有高度可控

性和可调性,因此在各种领域中展示出巨大的应用潜力。本文将探讨MOF材料的

设计与合成方法,以及其在催化、吸附和气体储存领域的应用。

MOF材料的设计与合成是一个复杂而有挑战性的过程。在设计方面,需考虑

到材料的稳定性、孔隙度和化学活性等因素。一种常见的方法是利用有机配体与金属离子之间的配位作用构建框架结构。这种配位作用通过有机配体的功能化可以实现单元间的连接和修饰。此外,金属离子的选择也对材料的性能有重要影响,因此需要谨慎选择适合的金属离子。

MOF材料的合成方法有很多种,但常见的方法包括溶剂热法、水热法和气相

法等。其中,溶剂热法是一种常用且效果较好的合成方法。它通过调节溶剂的极性和pH值等因素,控制反应条件以合成期望的MOF材料。水热法则利用高温高压

水环境下的热力学效应来驱动反应,合成MOF材料。气相法则将金属和有机配体

输入反应装置,通过热解和混合反应来实现MOF材料的合成。

MOF材料具有很多优势和应用潜力。首先,它们具有高度可控的孔隙结构,

可以调整孔径和孔隙度以适应不同的应用需求。这使得MOF材料在催化领域有着

广泛的应用,可以提供高效的催化反应环境。其次,MOF材料具有较高的表面积

和吸附能力,能够有效吸附气体和液体。这使得MOF材料在吸附和分离领域有很

好的应用潜力。另外,MOF材料还可以用于气体储存和释放,特别是在氢能储存

和碳捕捉方面的应用。

在催化领域中,MOF材料可以作为催化剂的支撑材料或催化反应的催化剂。

[NSFC]金属与金属间化合物纳米晶的可控合成与催化反应

[NSFC]金属与金属间化合物纳米晶的可控合成与催化反应

项目名称:金属与金属间化合物纳米晶的可控合成

与催化反应

首席科学家:xxx

起止年限:2011.1至2015.8

依托部门:xxx

二、预期目标

总体目标:

项目的研究目标是:发展过渡金属、贵金属及合金、金属间化合物单分散纳米晶的调控合成方法与技术,研究以贱金属取代或部分取代纳米贵金属催化剂的可能性,探索新的催化反应;发展新型的纳米催化剂负载技术、新型微孔和介孔载体材料与复合材料,提高纳米催化剂的分散性、活性和稳定性;探讨纳米晶微结构与催化性能之间的相关性,研究催化反应机理,认识纳米层次上的表面效应、量子尺寸效应、界面效应对催化的作用。

五年预期目标:

预计经过五年的研究,发展出具有自主知识产权的过渡金属、贵金属及合金、金属间化合物单分散纳米晶的调控合成新方法与新技术,发展新的催化反应并力争在应用领域取得一定的突破。

部分成果计划在五年内发表100篇有国际影响的学术论文,申请发明专利10-20项。努力争取成果转化。

在人才队伍培养方面,通过本项目的执行,凝聚从事纳米科学技术研究的优秀中青年人才,培养和造就一批高层次的研究人才和拔尖人才,形成在相关领域中有国际影响的创新研究群体。

三、研究方案

本项目的学术思路:

二元或多元金属(贵金属-过渡金属、过渡金属-过渡金属等)将形成一系列数目庞大的合金与金属间化合物,它们在具有自身结构的同时,还具有典型的金属性与各自金属的特点,理论上具有非常优异、可控的催化性能,是最有希望替代(或部分替代)目前工业催化领域用量巨大的贵金属催化剂的选择。本项目在其可控合成方法与技术严重不足、材料发展与大规模应用受限的背景下,计划发展金属、合金与金属间化合物单分散纳米晶的可控合成新途径,研究纳米晶的组成、尺寸、形状、暴露晶面等参数的调控以及纳米晶微结构与催化性能之间的相关性,开发新的纳米催化剂,探索新的催化反应,从纳米层次上认识催化过程,促进催化理论的发展和金属、合金与金属间化合物纳米晶催化走向应用。

纳米材料的新合成策略博士生开发了一种可控制备的纳米结构制备方法

纳米材料的新合成策略博士生开发了一种可控制备的纳米结构制备方法

纳米材料的新合成策略博士生开发了一种可控制备的纳米结构制备方法

纳米材料的新合成策略

在当今科学领域,纳米材料的研究和应用正变得越来越重要。纳米

材料由于其特殊的物理和化学性质,被广泛应用于电子、医疗、能源

等领域。然而,纳米材料的合成一直是一个挑战,由于纳米尺度的特

殊性,通常需要精确控制结构和形貌。近年来,一位博士生开发了一

种新的纳米结构制备方法,可以通过可控的方法合成所需的纳米材料。本文将介绍这种新的合成策略,并讨论其在纳米材料研究中的应用。

1. 纳米材料合成的挑战

纳米材料的合成面临诸多挑战,其中包括尺寸和形貌的控制、晶相

的控制以及产量的提高等。传统的合成方法往往无法满足这些要求,

因此需要开发新的合成策略。

2. 新的合成策略的基本原理

该博士生通过深入研究纳米材料的成长机理,发现了一种新的合成策略。这种方法基于控制材料的生长速率和形貌演变,通过调控反应

条件和添加特定的助剂来实现。通过对反应过程中的动态观察和分析,博士生成功地掌握了关键的合成机理,并提出了一种新颖的纳米结构

控制方法。

3. 实验结果与讨论

在实验中,博士生采用了先进的材料表征技术对合成的纳米材料进行了详细的表征和分析。结果显示,通过该合成策略,可以有效地控制纳米材料的形貌、尺寸和晶相等关键性质。此外,与传统合成方法相比,该新方法具有更高的精确度和可控性,并且能够实现较高的产量。

4. 应用前景

由于该新合成策略的独特性和优越性,预计将在纳米材料研究和应用中发挥重要作用。首先,该方法可以用于制备具有特殊形貌和结构的纳米材料,如纳米线、纳米片等。其次,该方法还可以用于合成复合材料和多功能纳米材料,以实现特定应用需求。例如,制备具有较高电导性和较低阻抗的纳米材料,可以应用于电子器件和能源存储设备。

金纳米材料

金纳米材料

金纳米材料

金纳米材料是由纳米金粒子制备而成的金属材料。纳米金材料具有较大的比表面积和特殊的物理、化学性质,因此在材料学、化学、物理学等领域具有广泛的应用前景。

首先,金纳米材料在催化领域拥有独特的优势。与传统金属催化剂相比,金纳米材料由于具有较大比表面积,可以提供更多的活性位点,从而增加了反应活性。此外,金纳米材料还可以通过调控其形貌和尺寸来调节其催化性能,以满足不同反应的需求。因此,金纳米材料在催化领域的应用前景非常广阔,可以用于催化剂的设计和优化,提高催化反应的效率和选择性。

其次,金纳米材料在电子学领域具有重要的应用价值。金纳米材料具有良好的导电性和抗氧化性,可用于制备高性能的电极材料。例如,金纳米颗粒可以用于制备柔性电子器件,具有良好的可伸缩性和透明性,可用于可折叠显示器、柔性电子标签等应用。此外,金纳米材料还可以通过调控其表面等离子共振效应,实现光电转换功能,用于制备高效率的光电器件,如太阳能电池等。

再次,金纳米材料在医学领域具有广阔的应用前景。金纳米材料具有良好的生物相容性和生物稳定性,可用于制备生物传感器和药物传输载体。例如,金纳米粒子可以作为生物标记物,用于检测生物分子的存在和表达水平,从而实现疾病的诊断和治疗。此外,金纳米材料还可以通过调控其表面等离子共振效应,实现光热治疗,用于肿瘤治疗和抗菌等应用。

另外,金纳米材料还具有环境保护和能源领域的潜在应用。金纳米材料可以作为催化剂,用于净化废水和废气中的有害物质。此外,金纳米材料还可以作为电极材料,用于制备高性能的超级电容器和锂离子电池,实现能源的高效存储和转换。

多功能贵金属基纳米材料的制备、表征及其在生物检测和治疗中的应用

多功能贵金属基纳米材料的制备、表征及其在生物检测和治疗中的应用

多功能贵金属基纳米材料的制备、表征及其在生物检测

和治疗中的应用

多功能贵金属基纳米材料的制备、表征及其在生物检测和治疗中的应用

摘要:

贵金属基纳米材料在生物医学领域中具有广泛的应用前景。其独特的物理和化学特性,使其成为生物检测和治疗领域的理想候选材料。本文综述了贵金属基纳米材料的制备方法、表征技术以及其在生物检测和治疗中的应用。通过改变制备方法和表面修饰,可以调控贵金属基纳米材料的形貌和大小,从而实现对其物理和化学性质的调控。贵金属基纳米材料具有优异的光学、电子和磁性能,可以通过表面修饰来实现对其生物相容性和靶向性的调节。文中详细介绍了贵金属基纳米材料在生物检测中的应用,如生物传感器、荧光探针和成像剂等。同时,还介绍了贵金属基纳米材料在生物治疗中的应用,如肿瘤治疗、基因递送和药物释放等。贵金属基纳米材料的多功能性以及其在生物检测和治疗中的应用前景,使其成为生物医学领域中备受关注的研究方向。

关键词:贵金属基纳米材料;制备;表征;生物检测;生物治疗

引言:

近年来,纳米技术的快速发展给生物医学领域带来了巨大的变革。纳米材料由于其独特的尺度效应和表面效应,具有优异的物理、化学和生物学特性,成为生物检测和治疗领域的研究热点。贵金属基纳米材料作为一种重要的纳米材料,在生物医学领域中表现出许多优异的性能,例如优异的光学性能、高

电导性、较好的生物相容性和可调控的表面功能化。

一、贵金属基纳米材料的制备方法

贵金属基纳米材料的制备方法多种多样,包括化学合成法、溶剂热法以及物理方法。其中,化学合成法是最常用的制备方法之一,包括溶液法、胶体法和气相法等。通过控制反应条件,如温度、时间和反应剂浓度等,可以调控贵金属基纳米材料的形貌和大小。此外,还可以通过改变超顺磁剂或还原剂的种类和比例,调控贵金属基纳米材料的物理和化学性质。

纳米金属合金的合成与性能调控技巧

纳米金属合金的合成与性能调控技巧

纳米金属合金的合成与性能调控技巧

纳米材料的研究与应用在许多领域中具有重要的意义,纳米金属合金是其中颇具潜力的一种材料。与传统的金属材料相比,纳米金属合金具有优异的物理、化学以及力学性能,因此在能源储存、催化剂、传感器等领域中有着广泛的应用前景。在合成纳米金属合金时,合金的大小、形状、物理化学性质的调控对于其性能至关重要。本文将介绍一些常用的纳米金属合金合成方法以及其性能调控技巧。

一、物理浸渍法

物理浸渍法是一种简单且常用的方法,通过将金属源溶液浸渍到载体上,通过热处理使其沉积成金属纳米颗粒。这种方法通常用于制备铂基合金纳米颗粒。在这个过程中,金属源的浓度和浸渍次数是可以调节的,从而控制纳米颗粒的大小和形状。实验证明,在高浓度下浸渍多次可以获得较小的纳米颗粒。此外,通过控制热处理条件,如温度、时间和气氛等,也可以调节纳米颗粒的形貌和晶体结构。物理浸渍法具有简单、易于控制和成本低等优点,因此在纳米金属合金的制备中得到广泛应用。

二、化学还原法

化学还原法是一种常用的制备纳米金属合金的方法,它通常通过将金属前体与还原剂一起在溶液中反应得到纳米颗粒。在这个过程中,选择合适的还原剂对于合金的构成和性能至关重要。例如,在合成铜基合金时,一般会选择有机还原剂,如乙二胺四乙酸对溶液中的金离子进行还原。此外,还可以通过调节温度、浓度和反应时间等条件来控制纳米颗粒的大小和形状。化学还原法制备纳米金属合金的优点是方法简单、操作方便、成本相对较低。但需要注意的是,在选择还原剂时要考虑其对环境的影响。

三、溶胶凝胶法

形貌可控贵金属纳米颗粒的合成、光学性质及生长机制

形貌可控贵金属纳米颗粒的合成、光学性质及生长机制
Op i al op ry a d Gr wt c an s tc Pr e t n o h Me h i m
CAO n L’ Ya - i DI NG a — o g Xio L n ’ L n — e ’ I Ho g Ch n YI a — a g Zh o Gu n ’
me h ns a d t e r lt n hp b t e h h p n t al r ere . n l , ihih mb r c a im n h eai s i ewe n te s a e a d opi op t s Fial we hg l t nu e o c p i y g a
1 引 言
在 纳 米材 料 的研 究热 潮 中, 属 纳 米材 料 独特 金 的光 、 、 化 等特 性 及 其在 新 能 源研 究 、 电信 息 电 催 光
[ ve Re iw]
形貌 可控贵 金属纳 米颗粒 的合成 、 光学性质及生长机制
曹艳丽 ’ 丁孝龙 ’ 李红臣 伊 兆广 ’ 王祥夫 ’ 朱杰君 阚彩侠
( 南京航 空航天大学理学院应用物理系, 南京 2 10 ; 南京大学物理系, 11 0 固体微 结构 物理 国家 重点实验 室, 南京 2 0 9 ) 1 03
应用前景.
关键词: 贵金属: 纳米颗粒 : 形貌可控; 光 学性质: 生长机制
中 图 分 类 号 : 06 7 4

(完整word版)贵金属纳米材料及其应用

(完整word版)贵金属纳米材料及其应用

贵金属纳米材料及其应用

张丹丹

(化学与环境工程学院11应化1班11331123)

摘要:系统地介绍了贵金属纳米材料的制备方法,以及其在催化剂、卫生医用及传感材料等方面的应用。

关键词:贵金属;纳米材料;制备;应用

1 前言

纳米材料由于具有量子效应、小尺寸效应及表面效应,呈现出许多特有的物理、化学性质,已成为物理、化学、材料等诸多学科研究的前沿领域。

贵金属纳米材料是纳米材料的一个重要组成部分,由于其将贵金属独特的物理化学性质与纳米材料的特殊性能有机地结合起来,在化学催化、能源、电子和生物等领域有着广阔的应用前景,得到了越来越广泛的重视。

2 贵金属纳米材料的制备

纳米材料的制备方法主要可分为物理方法和化学方法两大类。在制备纳米微粒的过中,关键是控制纳米微粒的尺寸、较窄的粒度分布范围及纳米微粒的分散性。目前,关于贵金属纳米微粒的制备方法的报道较多,也有关于大尺寸纳米贵金属、复合贵金属纳米材料及贵金属纳米线和纳米管的报道。除了常用的制备方法外,近年还提出了新的制备方法,如“Ship-in-Bottle”法等。

2.1 贵金属纳米微粒的制备

纳米微粒多用液相法制备,与气相法相比,液相法的设备投资少,操作较简便。最常用的是溶胶-凝胶法和沉淀法等。沉淀法是将沉淀剂加入到金属盐溶液中,进行沉淀处理,然后将沉淀物加热分解得到金属纳米微粒。1995年我国华东理工大学张宗涛等[1]用高分子保护化学还原沉淀法成功制备了平均粒径为30-100nm的球型银粉。此法用水合肼作还原剂,水为分散介质,聚乙烯吡咯烷酮(pvp)为保护剂,在搅拌下将AgNO3水溶液滴加入PVP

纳米材料的形貌调控与可控合成

纳米材料的形貌调控与可控合成

纳米材料的形貌调控与可控合成

纳米材料是指尺寸在1到100纳米之间的材料,由于其特殊的尺度效应和表面效应,具有许多优异的物理、化学和生物性能。纳米材料在能源储存、传感器、催化剂和生物医学等领域具有广阔的应用前景。然而,纳米材料在合成过程中晶相和形貌的控制是一项具有挑战性的任务。

纳米材料的形貌是指其外观的特征,如纳米颗粒的形状、尺寸和结构等。形貌对于纳米材料的性能和应用至关重要。例如,金属纳米颗粒的形貌会影响其表面等离子共振特性,从而影响其光学性能。同时,纳米材料的形貌还与其晶体结构和晶面排列密切相关。因此,实现对纳米材料形貌的调控对于深入了解其性质和应用具有重要意义。

对于纳米材料形貌调控的研究,早期主要采用物理和化学方法进行。物理方法包括模板法、溶剂热反应和机械法等,通过外力作用或模板介导来控制纳米颗粒的形貌。化学方法则是通过调控反应条件、添加表面活性剂或引入控制剂等方式,实现对纳米材料形貌的控制。这些方法虽然能够获得一定程度上的形貌调控,但通常存在着反应条件复杂、控制不准确和后处理困难等问题。

近年来,随着纳米科技和材料化学领域的进展,人们逐渐意识到通过纳米粒子的自组装来实现形貌调控的潜力。自组装是指材料的分子或粒子通过相互作用力自发地组装成有序结构。在纳米尺度下,通过调控粒子间的静电相互作用、范德华力和亲疏水性等,可以实现纳米颗粒的自组装,并从而实现对其形貌的可控合成。这种自组装方法不仅能够简化合成步骤和条件,而且还能够实现高度一致和可重复性的形貌调控。

例如,通过控制纳米粒子表面的亲疏水性,可以实现纳米颗粒的自组装形成有序结构。当表面修饰剂选择为亲水性时,纳米颗粒会自发地聚集在一起形成有序的纳米颗粒堆积体,例如纳米球簇。而当选择为疏水性时,纳米颗粒则倾向于分散在

纳米金属有机框架材料的合成与应用研究

纳米金属有机框架材料的合成与应用研究

纳米金属有机框架材料的合成与应用研究纳米金属有机框架(nano-metal organic frameworks, NMOF)材料是由金属离子和有机配体通过配位键连接形成的一类功能性晶体材料。它们具有高比表面积、可调控的孔径和异质金属中心等特点,为分子吸附、催化、传感和储能等领域提供了广阔的应用前景。本文旨在综述纳米金属有机框架材料的合成方法和主要应用研究。

纳米金属有机框架材料的合成主要包括湿法和干法两种方法。湿法合成方法多采用溶剂热法、水热法和溶剂挥发法等,通过调节金属离子和有机配体的比例和反应条件,可以得到具有不同结构和性质的纳米金属有机框架材料。干法合成方法多采用热解法和机械合成法,通过高温热解或机械力作用使金属离子和有机配体发生反应,形成纳米金属有机框架材料。

对纳米金属有机框架材料的应用研究主要集中在催化、分离和传感等领域。首先,纳米金属有机框架材料在催化领域具有重要的应用潜力。其高比表面积和可调控的孔径结构可以提高催化活性和选择性,广泛应用于氧还原、氢气催化剂以及催化剂载体等领域。其次,纳米金属有机框架材料还可以应用于分离技术。其高比表面积和孔径结构可以用于分子吸附、分子筛和离子交换等分离过程,广泛应用于气体分离、液体分离和离子交换等领域。此外,纳米金属有机框架材料在传感领域也具有潜在应用。其可调控的孔径结构可以用于吸附和检测小分子、离子和生物分子等,广泛应用于环境监测、生物传感和医学诊断等领域。

纳米金属有机框架材料的合成与应用研究还存在一些挑战和亟待解决的问题。首先,需要进一步研究控制纳米金属有机框架材料的尺寸、形貌和孔径结构等,以满足不同应用领域的需求。其次,需要开发高效的纳米金属有机框架材料合成方法,以提高合成效率和减少合成成本。此外,需

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Science, 2007, 315, 493.
Science, 2009, 324, 1302. 8
1.研究背景(选题依据)
表面结构控制
电化学法
液相还原法
Science, 2007, 316, 732.
Au
Pd
Angew. Chem. Int. Ed. 2008, 47, 8901. Pt-Cu
17
Pd基 Cu2+辅助合成 Au-Pd 合金六八面体
双金属的三种典型结构:
核壳
异质节
合金
共还原法制备Au-Pd 合金
AuCl4-
1.00V
Au
PdCl42- 0.59V
Pd
如何避免相分离?
UPD
在体系中引入Cu2+
Cu2+
Cu
0.67V
18
Pd基 Cu2+辅助合成 Au-Pd 合金六八面体
Cu欠电位沉积促进合金形成机理
纳米晶体表面由有机胺吸附。
15
Pd基
单分散 Pd 纳米晶体
有机相晶种生长法
Pd 纳米晶体尺寸可以从5 nm至10 nm 进行调控。
16
Pd基
单分散 Pd 纳米晶体
本章小结:
尺寸调控
✓ 通过有机胺作为溶剂,以甲醛为还原剂,得到了单分散性很好的尺 寸在5 nm至10 nm之间的Pd纳米晶体。
✓ 这种尺寸非常小的,分散性很好的Pd纳米晶体可以通过进一步负载 实验,应用到燃料电池反应中。
Cu2+对六八面体Au-Pd合金的形成起着决定性作用
22
Pd基 Cu2+辅助合成 Au-Pd 合金六八面体
不引入Cu2+情况
Au和Pd发生相分离
23
Pd基 Cu2+辅助合成 Au-Pd 合金六八面体
XPS
ICP-AES:Cu 0.2%
Cu 确实存在于 Au-Pd合金表面
24
Pd基 Cu2+辅助合成 Au-Pd 合金六八面体
19
Pd基 Cu2+辅助合成 Au-Pd 合金六八面体
六八面体状Au-Pd合金
Cu(CH3COO)2 辅助合成
20
Pd基 Cu2+辅助合成 Au-Pd 合金六八面体
六八面体状Au-Pd合金
确定为Au-Pd合金 EDX没有Cu
21
Pd基 Cu2+辅助合成 Au-Pd 合金六八面体
其他Cu源 CuCl2
选题依据与研究内容 以燃料电池中使用的Pd、Pt基贵金属催化剂为研究对象。 以液相还原法为主要合成方法。 以提高催化剂活性为最终目的。
提高比表
面积
材料组分 调控
+ 材料组分
调控
表面结构
+ 表面结构
+ 表面结构
控制
控制
控制
11
1.研究背景(选题依据)
研究内容 Pd 基贵金属纳米材料
➢ 尺寸调控: 小于10 nm 的单分散 Pd 纳米晶体
Pd基
单分散 Pd 纳米晶体
有机胺体系 还原剂:甲醛
油胺
十八胺
正辛胺
正丁胺
平均尺寸分别为: 5.4 nm, 5.0 nm, 4.7 nm 和5.8 nm
13
Pd基 HR-TEM 表征
单分散 Pd 纳米晶体
Pd 纳米晶体表现为二十面体形貌,表面由{111}晶面裸露。
14
Pd基 FT-IR 表征
单分散 Pd 纳米晶体
9
1.研究背景(选题依据)
选题依据与研究内容 贵金属催化剂成本高,需要更深入研究。 以燃料电池中使用的Pd、Pt基贵金属催化剂为研究对象。 液相还原法步骤简便,利于工业化制备。 以液相还原法为主要合成方法。 改善催化剂活性对于燃料电池的扩大化生产至关重要。 以提高催化剂活性为最终目的。
10
ห้องสมุดไป่ตู้
1.研究背景(选题依据)
Pd 基贵金属纳米材料
甲酸、甲醇、乙醇燃料电池:阳极催化材料
✓ 提高Pt、Pd 基贵金属纳米催化剂性能途径:
1. 增加比表面积,提高原子利用率 2. 调控表面结构 3. 改善催化剂成分
6
1.研究背景(选题依据)
提高比表面积
尺寸
形貌
核壳
J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 9152.
上沉积。
在引入CuCl2时,Cu与Pd形成Pd-Cu合金。
27
Pd基 增加Cu2+引入量
26
Pd基
Pd-Cu 双金属三角叉
片状结构
提高比表面积
J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 15706
三角叉结构
三角叉结构形成要素: 1.片状晶种的形成
在体系中引入Cu2+降低晶种的堆积层错能。 2.原子选择性沉积在晶种的角上
KBr选择性吸附在片状晶种的{100}侧面,使得原子在角
可控合成贵金属纳米材料
1
汇报提纲
➢ 1.研究背景(选题依据) ➢ 2.研究内容
Pd 基贵金属纳米材料 Pt 基贵金属纳米材料 ➢ 3.总结与展望
2
1.研究背景(选题依据)
能源与环境问题
化石燃料枯竭
环境污染
发展新型能源势在必行!
3
燃料电池
1.研究背景(选题依据)
优势:
✓ 无污染 ✓ 能量转换效率高 ✓ 噪音低 ✓ 模块结构,积木性强
J. Am. Chem. Soc. 2009, 131, 4588.
J. Phys. Chem. C 2009, 113, 10568.
Nano Lett. 2014, 14, 35707
组分调控
1.研究背景(选题依据)
金属间的协同作用,使双金属纳米 材料在物理和化学性质方面往往具 有更加独特的性能。
Chem. Rev., 2004, 104, 4245
要扩大工业化水平还 需克服很多问题。 4
1.研究背景(选题依据)
质子交换膜燃料电池 四大关键性材料
质子交换膜
电催化剂
扩散层
双极板
燃料电池中使用的贵金属催化剂相当昂贵,极大阻碍其发展。
5
1.研究背景(选题依据)
Pt基贵金属纳米材料
质子交换膜燃料电池:阴极催化材料 甲酸、甲醇、乙醇燃料电池:阳极催化材料
➢ 表面结构+组分调控: Cu2+辅助合成 Au-Pd 合金纳米晶体
➢ 比表面积+表面结构+组分调控: Pd-Cu 双金属三角叉
Pt 基贵金属纳米材料
➢ 表面结构调控: 具有{hkk}晶面裸露的 Pt 纳米晶体
➢ 比表面积+表面结构+组分调控: 具有超薄 Pt 壳层的 Pd@Pt 核壳纳米八面体
12
电催化甲酸氧化性能
活性较钯黑催化 剂高4倍
600S测试后结构 稳定
25
Pd基 Cu2+辅助合成 Au-Pd 合金六八面体
本章小结:
表面结构 + 组分调控
✓ 制备了具有{hkl}晶面裸露的六八面体状的Au-Pd合金纳米晶体。
✓ 首次研究了Cu在Au表面的UPD过程对于合金形成的辅助作用。
✓ 六八面体状的Au-Pd合金纳米晶体在电催化甲酸氧化反应中都表现 出了优越的性能。
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