学士论文-三金属核壳纳米结构催化剂对氧还原反应的催化性能

纳米催化剂

纳米催化剂的制备及应用学院：化工学院专业：化学工程与技术学生姓名：学号：摘要：纳米催化剂具有大比表面积、高表面能、高度的光学非线性、特异催化性和光催化性等特性，在一些反应中表现出优良的催化性能。本文简要介绍了纳米催化剂的基本性质，综述了纳米催化剂的制备方法和特性，讨论了纳米催化在化工中的应用，对今后纳米催化材料研究方向进行了展望。关键词：纳米催化剂制备在化工中的应用发展近年来，纳米催化剂(Nanometer catalyst--NCs)的相关研究蓬勃发展。NCs 具有比表面积大、表面活性高等特点，显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性；此外，NCs还表现出优良的电催化、磁催化等性能，已被广泛地应用于石油、化工、能源、涂料、生物以及环境保护等许多领域。目前，纳米技术的研究主要向两个方向进行：一是通过新技术减少目前使用的材料如金属氧化物的用量；二是进行新材料的开发，如复合氧化物纳米晶。由于纳米粒子表面积大、表面活性中心多，所以是一种极好的催化材料。将普通的铁、钴、镍、钯、铂等金属催化剂制成纳米微粒，可大大改善催化效果。在石油化工工业采用纳米催化材料，可提高反应器的效率，改善产品结构，提高产品附加值、产率和质量。目前已经将纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等直接用于高分子聚合物氧化、还原和合成反应的催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的反应温度从600e降至常温。随着世界对环境和能源问题认识的深入，纳米材料在处理污染、降解有毒物质方面有良好光解效果[1]。在润滑油中添加纳米材料可显著提高其润滑性能和承载能力，减少添加剂的用量，提高产品的质量。对纳米催化剂的研究无论理论上还是实际应用上都具有深远的意义。 1纳米催化剂的制备方法纳米催化剂的制备方法直接影响到其结构、粒径分布和形态，从而影响其催化性能。文献中报道的制备方法多达数10种，本文主要介绍其中常用的几种。1.1溶胶-凝胶法溶胶-凝胶法是指金属有机或无机化合物经过溶胶-凝胶化和热处理形成氧化物或其他固体化合物的方法。其过程是：用液体化学试剂（或粉状试剂溶于溶剂中）或溶胶为原料，而不是传统的粉状物为反应物，在液体中混合均匀并进行反

金属纳米晶体的表面与其催化效应

金属纳米晶体的表面与其催化效应沈正阳 (浙大材料系1104 3110103281) 摘要：概括纳米材料的表面与界面特性，从金属纳米晶体表面活性与结构介绍其的催化性能，简要概述金属纳米晶体形状与晶面的关系以及金属纳米晶体的成核与生长。关键词：纳米金属；表面活性；催化；高指数晶面 1.纳米材料的表面与界面纳米微粒尺寸小，表面能高，位于表面的原子占相当大的比例。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，极不稳定，很容易与其他原子结合。强烈的表面效应，使超微粒子具有高度的活性。如将刚制成的金属超微粒子暴露在大气中，瞬时就会氧化，若在非超高真空环境，则不断吸附气体并发生反应。[1] 纳米晶体是至少有一个维度介于1到100纳米之间的晶体。纳米材料主要由晶粒和晶粒界面2部分组成，二者对纳米材料的性能有重要影响。纳米材料微观结构与传统晶体结构基本一致，但因每个晶粒仅包含着有限个晶胞，晶格点阵必然会发生一定程度的弹性畸变，其内部同样会存在各种缺陷，如点缺陷、位错、孪晶界等。纳米金属粒子的形状、粒径、颗粒间界、晶面间界、杂质原子、结构缺陷等是影响其催化性能的重要因素。纳米材料中，晶界原子质量分数达15%~50%，晶界上的原子排列极为复杂，尤其三相或更多相交叉区，原子几乎是自由的、孤立的，其量子力学状态和原子、电子结构已非传统固体物理、晶体理论所能解释。金属纳米晶体研究中，发现面心立方结构纳米金属如 Al、Ni、Cu 和密排六方结构Co都存在孪晶和层错缺陷，Cu纳米金属中存在晶界滑移。 2.金属纳米晶体的催化性能近年来，关于纳米微粒催化剂的大量研究表明，纳米粒子作为催化剂，表现出非常高的催化活性和选择性。这是因为纳米微粒尺寸小，位于表面的原子或分子所占的比例非常大，并随纳米粒子尺寸的减小而急剧增大，同时微粒的比表面积及表面结合能迅速增大。纳米颗粒表面原子数的增加、原子配位的不足必然导致了纳米结构表面存在许多缺陷。从化学角度看，表面原子所处的键合状态或键

纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展

纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展 Company Document number：WUUT-WUUY-WBBGB-BWYTT-1982GT

纳米载体的限域效应对催化性能影响机制的研究进展自上世纪末以来, 纳米科学和技术有了长足的进展，其中纳米材料的一个重要特性是，将体系的尺寸减小到一个特定的范围(如 1~100 nm)时，在不添加任何其他组分的情况下，纳米体系的电子结构会发生变化。量子力学已经证明，大量原子组成的固体材料的价电子为连续的“能带”，当这类体相材料在某一方向上被缩小，特别是缩小到纳米尺度时，电子在该方向的运动就受到空间的束缚和限域，这种限域效应将会改变电子运动特性、导致体系电子结构特别是价电子结构的改变，从而可能会产生量子突变。这种体系尺寸对电子特性的调变为催化剂的催化特性进行调控提供了一种很好的途径[1]。. 近几年，部分研究团队在利用纳米材料的限域效应对催化剂的改性以及催化过程的研究等方面开展了创新性的研究工作，并且大量具有影响力的研究报道和文章被发表出来，其中中国科学院大连化学物理所包信和院士团队在这方面的工作开展的较早也很突出。该团队在铂金属颗粒表面加载了过渡金属氧化物，制备出了具有界面限域效应的TMO/Pt非均相逆催化剂（Oxide-on-Metal Inverse Catalysts），利用界面限域效应对催化体系结构和电子特性的影响作用，改善了在催化过程（特别是在催化氧化反应）中传统非均相催化剂容易出现的催化活性中心的失活以及催化功能的失效等问题[2]。图1两种金属催化体系的结构示意图 (A)传统的氧化物作为载体的金属催化体系(Oxide supported metal system) 和 (B)过渡金属纳米氧化物倒载型催化体系(oxide-on-metal system)

碳纳米管限域的金属纳米粒子的催化行为

附件2 论文中英文摘要格式作者姓名：陈为论文题目：碳纳米管限域的金属纳米粒子的催化行为作者简介：陈为，男，1977年7 月出生，2003年9 月师从于中国科学院大连化学物理研究所包信和研究员，于2008年3 月获博士学位。中文摘要随着石油价格的高涨及其资源的日益枯竭，迫使人们寻找新的清洁、可持续的能源替代产品。以煤和天然气为资源经合成气催化转化成液体燃料是一种非常有应用前景的过程，对于保障我国能源安全及解决环境污染问题等都具有重大的经济和现实意义，发展高效催化合成气转化的催化剂显得越来越紧迫和重要。碳纳米管自1991年被lijima发现以来，因其独特的结构和性能引起了人们极为广泛的关注，尤其是碳纳米管的纳米级管道为纳米粒子提供了准一维的限域环境。本论文研究了碳管的限域环境对Fe/Fe2O3粒子的氧化还原性能的调变作用，以及这种限域效应对F-T合成反应性能的影响，取得了如下结果： 1. 发展了高效的碳纳米管填充方法—湿法毛细诱导填充法尽管各种填充方法日趋成熟，然而现有的很多碳纳米管填充的复合体系并不适合于催化应用，如原位填充的金属及其化合物完全被密封在碳纳米管管腔中；熔融填充的金属纳米线或纳米棒严实地充满整个碳纳米管内腔，大部分金属并不能与外界接触；Green 等开创的湿化学填充法，尽管能得到颗粒状填充的过渡金属，但是这个方法对金属盐的消耗量较大，不适用于填充贵金属，并且无法准确定量。这些填充方法的填充效率高低不一，并且其填充复合物的产量还不能够达到一般催化剂量的要求。因此，发展一种适用于催化应用的普适性强的、高效的填充碳纳米管的方法，是实现碳纳米管的“管中催化”亟需解决的首要问题。相对于其它填充碳纳米管方法，湿化学填充法简单，可得到颗粒状填充的过渡金属粒子。我们针对湿化学填充碳纳米管的方法存在填充效率不高、不易准确定量的缺点，结合碳管本身的结构特点进行了改进，发展了湿法毛细诱导填充法。主要步骤是：首先将碳纳米管端口打开，同时进行表面亲水性处理，使得碳管能够被溶液完全浸润；然后，利用强超声振荡下的空化作用，使碳管内的残余物能够扩散出来，从而含金属离子的溶液能够在毛细力作用下进入碳管管腔；最后，控制溶液的蒸发速率，金属离子在浓度差的驱动下，尽可能进入到碳管管腔中，之后加热使金属前驱物发生分解，得到

纳米催化剂

纳米催化剂进展中国地质大学，材化学院，武汉430000 摘要：简要介绍了纳米催化剂的基本性质、其相对于其他催化剂的优势，并较详细地介绍了纳米催化剂类型、部分应用以及相对应类型催化剂例子的介绍，以及常见的制备方法及其表征手段，最后介绍了部分国内和国外纳米催化剂的应用，并对其发展方向进行一定的预测。关键词：纳米催化剂应用制备催化活性进展近年来, 纳米科学与技术的发展已广泛地渗透到催化研究领域, 其中最典型的实例就是纳米催化剂(nanocatalysts—NCs)的出现及与其相关研究的蓬勃发展。NCs具有比表面积大、表面活性高等特点, 显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性；此外, NCs还表现出优良的电催化、磁催化等性能,已被广泛地应用于石油、化工、能源、涂料、生物以及环境保护等许多领域。本文主要就近年来NCs 的研究进展进行了综述。 1.纳米催化剂的性质 1.1表面效应通常所用的参数是颗粒尺寸、比表面积、孔径尺寸及其分布等，有研究表明，当微粒粒径由10nm减小到1nm时, 表面原子数将从20%增加到90%。这不仅使得表面原子的配位数严重不足、出现不饱和键以及表面缺陷增加, 同时还会引起表面张力增大, 使表面原子稳定性降低, 极易结合其它原子来降低表面张力。此外,Perez等认为NCs的表面效应取决于其特殊的16种表面位置, 这些位置对外来吸附质的作用不同, 从而产生不同的吸附态, 显示出不同的催化活性。 1.2体积效应体积效应是指当纳米颗粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或比其更小时, 晶态材料周期性的边界条件被破坏, 非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度减小, 使得其在光、电、声、力、热、磁、内压、化学活性和催化活性等方面都较普通颗粒相发生很大变化,如纳米级胶态金属的催化速率就比常规金属的催化速率提高了100倍。 1.3量子尺寸效应当纳米颗粒尺寸下降到一定值时, 费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级, 此时处于分立能级中的电子的波动性可使纳米颗粒具有较突出的光学非线性、特异催化

核壳贵金属催化剂的组成(一)：铂基二元催化剂

核壳贵金属催化剂的组成(一)：铂基二元催化剂 2016-08-20 13:19来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部铂金二元催化剂最简单的核壳结构电催化剂体系是二元金属核壳结构。过去几年，研究者们在铂基二元催化剂方面做了大量的研究工作，发现核壳结构电催化剂较之于Pt/C催化剂有更高的催化活性。 Au@Pt核壳结构体系研究较多，与Pt相比，Au价格低且波动不大，并且具有优异的催化CO氧化的选择性，以Au粒子为基础的Au@Pt核壳结构有望在提高Pt利用率的同时利用Au、Pt的协同作用进一步提高复合纳米粒子的电催化性能。

Kristian等通过连续还原方法制备了壳层厚度可控的Au@Pt/C催化剂，Pt/Au摩尔比为1的Au@Pt/C的Au核粒径为4.8 nm，Pt层厚度约为0.6 nm，通过TEM、UV-vis、CV显示Au完全被Pt层覆盖，同传统的Pt/C催化剂相比，对甲醇氧化具有更高的比表面活性。Ma等通过两步胶体法成功合成了Au@Pt/C(Pt：Au=3：2，Pt+Au=4wt%)核壳结构纳米材料，表征结果显示Pt的利用率显著提高，对氧还原表现了高的催化活性，在电化学测试和单电池测试中总金属的比质量活性分别是商业用Pt/C催化剂的3.1-4.9倍和4.1倍。Guo等采用两步胶体法合成了中空的Au@Pt核壳结构电催化剂，相比于传统的Pt催化剂，Au@Pt核壳结构电催化剂对于甲醇氧化和氧气还原反应均表现出了更高的催化活性，作者认为由不规则的一维纳米结构组成的Pt壳覆盖在Au空心球表面所形成的特殊形状构造增加了催化剂的孔隙率，从而有效提高了Pt的利用率。 Ni在碱性电解质中具有较好的稳定性，可制备用于碱性燃料电池的核壳结构电催化剂。Fu等在乙二醇胶体中制备了Ni@Pt电催化剂，研究了不同原子比(Pt/Ni=1/10、2/10、5/10、10/10、20/10)时在碱性介质中对甲醇氧化的催化活性，所有的核壳结构催化剂均显示比纯铂催化剂更优异的Pt利用率和对含碳物种的抗毒化能力。 Kang等在有机金属镍复合物(NiPCTs)表面覆盖了一层Pt，制备了较少见报道的NiPCTs@Pt/C纳米粒子，这种纳米粒子(Pt：Ni=15.13：1)具有Pt的面心立方结构，与NiPCTs-Pt/C以及商用Pt/C催化剂相比，NiPCTs@Pt/C表现出优异的催化甲醇氧化能力。 Liu等制备了以金属氧化物为核的MoO x@Pt核壳结构催化剂，研究发现，MoO x核与Pt壳间的电子效应削弱了CO对Pt的吸附作用，因此，催化剂表现出了比PtRh合金和纯Pt 催化剂更优异的抗CO中毒能力。

纳米催化剂简介

纳米催化剂简介摘要催化剂的作用主要可归结为三个方面：一是提高反应速度，增加反应效率；二是决定反应路径，有优良的选择性，例如只进行氢化、脱氢反应，不发生氢化分解和脱水反应；三是降低反应温度。纳米粒子作为催化剂必须满足上述的条件。近年来科学工作者在纳米微粒催化剂的研究方面已取得一些结果，显示了纳米粒子催化剂的优越性。纳米微粒由于尺寸小，表面所占的体积百分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等导致表面的活性位置增加，这就使它具备了作为催化剂的基本条件。最近，关于纳米微粒表面形态的研究指出，随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凸凹不平的原子台阶，这就增加了化学反应的接触面。有人预计超微粒子催化剂在下一世纪很可能成为催化反应的主要角色。尽管纳米级的催化剂还主要处于实验室阶段，尚未在工业上得到广泛的应用，但是它的应用前途方兴未艾。关键词：性质，制备，典型催化剂，表征技术，应用，

目录绪论-----------------------------------------------------------1 1. 纳米催化剂性质----------------------------------------------1 1.1 纳米催化剂的表面效应-------------------------------------1 1.2 体积效应-------------------------------------------------1 1.3 量子尺寸效应---------------------------------------------1 2. 纳米催化剂的制备--------------------------------------------2 2.1 溶胶凝胶法-----------------------------------------------2 2.2 浸渍法---------------------------------------------------2 2.3 沉淀法---------------------------------------------------3 2.4 微乳液法-------------------------------------------------3 2.5 离子交换法-----------------------------------------------3 2.6 水解法---------------------------------------------------3 2.7 等离子体法----------------------------------------------3 2.8 微波合成法-----------------------------------------------4 2.9 纳米材料制备耦合技术-------------------------------------4 3. 几种典型催化剂----------------------------------------------4 3.1 纳米金属粒子催化剂---------------------------------------4 3.2 纳米金属氧化物催化剂-------------------------------------5 3.3 纳米半导体粒子的光催化-----------------------------------5 3.4 纳米固载杂多酸盐催化剂-----------------------------------5 3.5 纳米固体超强酸催化剂-------------------------------------6 3.6 纳米复合固体超强酸催化剂---------------------------------6 3.7 磁性纳米固体酸催化剂-------------------------------------6 3.8 碳纳米管催化剂-------------------------------------------7 3.9 其它纳米催化剂-------------------------------------------7 4. 纳米催化剂表征技术------------------------------------------7

核壳贵金属催化剂的组成(三)：铂基四元及其它类型催化剂

核壳贵金属催化剂的组成(三)：铂基四元及其它类型催化剂2016-08-20 13:25来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部 Pd@PtNWAs 四元金属核壳结构催化剂体系较复杂，制备和最佳比例的筛选较繁琐，目前，关于四元金属核壳结构的催化剂研究较少。Wang等在乙二醇的溶剂中，分别以PdCl2，CuCl2，H2PtCl6·6H2O 和RuCl3为金属前驱物，以柠檬酸钠为稳定剂，制备了PdCu@PtRu四元催化剂，TEM和XRD 显示PdCu@PtRu催化剂分散均匀，具有较高的比表面积，对甲醇氧化的催化活性分别是Pt/C 和PtRu/C催化剂的15和3.4倍，作者将催化活性增强的原因归结于核壳之间的相互作用。Gong 等制备了以Pd为中间层的Pt-Pd-Ir-Co核壳纳米粒子，并且重点考察了Pd中间层的作用，认为Pd层通过调节Pt壳与IrCo核间的电子相互作用，实现了电催化剂高的催化活性。一些具有特殊形貌的核壳结构电催化剂表现了优异的电催化活性。Wang等通过电沉积法和磁控溅射法制备了有序的Pd@Pt核壳结构纳米线阵列(Pd@PtNWAs)，电化学测试表明， Pd@Pt NWA在酸性介质中表现出了很高的电化学活性面积和电催化活性，其对甲醇氧化的质量峰电流密度为756.7 mA/mgPt，显著高于商品E-TEK PtRu/C催化剂。Zeis等制备了类似核壳结构的铂纳米金叶(Pt-NPGL)形催化剂，使用低铂载量Pt-NPGL组装的膜电极与高铂载量传统催化剂组装的膜电极性能相当。

非铂系的核壳结构催化剂具有显著的成本优势，在某些情况下也可以表现出较良好的活性。Jiang等通过置换方法，制备了Ag修饰的Pd催化剂(Pd@Ag)，与传统的Pt/C催化剂相比，在碱性介质中其氧还原反应的比表面活性和质量比活性分别增强了3倍和2.5倍，但该催化剂的稳定性仍有待考察。

纳米催化剂及其应用(可编辑修改word版)

纳米催化剂及其应用四川农业大学化学系应用化学201401 徐静20142672 摘要：近年来，纳米科学与技术的发展已广泛地渗透到催化研究领域，其中最典型的实例就是纳米催化剂(nanocatalysts——NCS)的出现及与其相关研究的蓬勃发展。纳米材料具有独特的晶体结构及表面特性,其催化活性和选择性大大高于传统催化剂,目前已经被国内外作为第 4 代催化剂进行研究和开发。本文简要介绍了纳米催化剂的基本性质、独特的催化活性等；并较详细地介绍了纳米催化剂分类以及常见的制备方法；最后对其研究动态进行了分析，预测了其可能的发展方向。关键词：纳米催化剂材料制备催化活性应用 Nano - catalyst and its application Abstract: In recent years, the development of nano-science and technology has been widely penetrated into the field of catalysis research. The most typical example is the emergence of nanocatalysts (NCS) and the flourishing of related research. Nanomaterials have unique crystal structure and surface characteristics, and their catalytic activity and selectivity are much higher than those of traditional catalysts. At present, they have been researched and developed as the 4th generation catalyst at home and abroad. In this paper, the basic properties of nanocatalysts and their unique catalytic activity are briefly introduced. The classification of nanocatalysts and their preparation methods are introduced in detail. At the end of this paper, the research trends are analyzed and the possible development trends are predicted. Key words: nanocatalyst material preparation catalytic activity application 催化剂又称触媒，其主要作用是降低化学反应的活化能，加速反应速率，因此被广泛应用于炼油、化工、制药、环保等行业。催化剂的技术进展是推动这些行业发展的最有效的动力之一。一种新型催化材料或新型催化剂工业的问世，往往引发革命性的工业变革，并伴随产生巨大的社会和经济效益。1913 年，

生活中的催化剂

生活中的催化剂——纳米催化剂学院：数学与计算科学专业：信息与计算科学姓名：刘威学号：1307020114 班级：临班436 指导老师：陈丽娟【摘要】催化化学在国民经济中具有十分重要的意义。催化剂的改进或性能上的突破，会使催化剂的转化率、选择性得到大大提高。从而大幅度提高设备生产能力和产品质量，带来巨大的经济效益。催化剂的作用是降低该活化能，使之在相对不苛刻的环境下发生化学反应。催化剂改变反应速率，是由于改变了反应途径，降低了反应的活化能。近年来，纳米科学与技术的发展已广泛地渗透到催化研究领域，其中最典型的实例就是纳米催化剂的出现及与其相关研究的蓬勃发展。纳米材料催化剂具有独特的晶体结构及表面特性。纳米催化剂具有比表面积大、表面活性高等特点，显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性；此外，纳米催化剂还表现出优良的电催化、磁催化等性能。当今社会，纳米技术的研究主要向两个方向进行：一是通过新技术减少目前使用的材料如金属氧化物的用量；二是进行新材料的开发，如复合氧化物纳米晶。由于纳米粒子表面积大、表面活性中心多，所以是一种极好的催化材料。将普通的铁、钴、镍、钯、铂等金属催化剂制成纳米微粒，可大大改善催化效果。在石油化工工业采用纳米催化材料，可提高反应器的效率，改善产品结构，提高产品附加值、产率和质量。目前已经将纳米粉材如铂黑、银、氧化铝和氧化铁等直接用于高分子聚合物氧化、还原和合成反应的催化剂。纳米铂黑催化剂可使乙烯的反应温度从600e降至常温。随着世界对环境和能源问题认识的深入，纳米材料在处理污染、降解有毒物质方面有良好光解效果。在润滑油中添加纳米材料可显著提高其润滑性能和承载能力，减少添加剂的用量，提高产品的质量。对纳米催化剂的研究无论理论上还是实际应用上都具有深远的意义。一、纳米材料催化剂的特点。纳米催化剂具有表面积大、稳定性好、活性高等优点。有研究表明,当微粒粒径由10 nm减小到1 nm 时,表面原子数将从20% 增加到90%。这不仅使得表面原子的配位数严重不足、出现不饱和键以及表面缺陷增加, 同时还会引起表面张力增大，使表面原子稳定性降低，极易结合其它原子来降低表面张力。此外，NCs的表面效应取决于其特殊的16种表面位置，这些位置对外来吸附质的作用不同,从而产生不同的吸附态, 显示出不同的催化活性。体积效应是指当纳米颗粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或比其更小时,晶态材料周期性的边界条件被破坏, 非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度

核壳贵金属催化剂的组成(二)：铂基三元催化剂

核壳贵金属催化剂的组成(二)：铂基三元催化剂 2016-08-20 13:24来源：内江洛伯尔材料科技有限公司作者：研发部 PdPt@PtC试样的透射电镜图像二元或多元金属合金型电催化剂所表现出来的较好的催化活性，启发研究者将金属合金应用于核壳结构催化剂，使用合金作核或壳层，不仅可以进一步减少贵金属的用量，节约催化剂成本，还可以进一步提高催化剂的活性。核壳型M@PtRu作为阳极催化剂具有如下优点：一方面Ru存在形成的氧化物种Ru-OH 使CO易于从Pt表面氧化脱附，增强催化剂的抗CO中毒性能，同时核与壳间的特殊效应可进一步提高催化剂的活性。 Lee等将PtRu沉积在Au纳米粒子上制备了Au@PtRu/C电催化剂，改善了PtRu的利用率，进一步提高了催化剂的比质量活性。Zhao等使用硼氢化钠和水合肼双还原剂结合置换法将PtRu沉积在Co核上制备了Co@PtRu/MWCNTs核壳催化剂，同样显示出了对甲醇氧化良好的催化活性。与Pt相比，Pd的储量丰富且成本较低，同时Pd具有一定的耐酸腐蚀性，因此，被广泛用作金属核构筑核壳结构电催化剂。Adzic等制备了系列以Pd或Pd合金为核的Pd-M@Pt-M 电催化剂，其中Pd3Fe(111)@Pt电催化剂表现出与Pt(111)相近的氧还原动力学行为。进一步研究证实Pt壳层与Pd3Fe(111)核之间存在电子相互作用，导致Pt的d带中心和电子结构发生改变，减弱了-OH ads在Pt表面的吸附，从而提高了氧还原催化活性。廖世军等制备了一种以

PdPt合金为核的二元低铂催化剂PdPt@Pt/C，该催化剂对甲醇氧化的催化活性比商业Tanaka50wt%Pt/C高3倍，且I f：I b值高达1.05(一般Pt催化剂该比值约为0.70)，表明该催化剂在催化阳极甲醇氧化和抗中间产物毒化方面均具有良好的性能。作者认为高活性可归因于该催化剂具有较高的Pt利用率，同时，XPS结果表明核与壳之间存在着电子相互作用，这种相互作用也利于催化活性的提高。Wang及其合作者利用两步胶体法也制备了以Pd-M合金为核的氧还原反应电催化剂，PdSn@Pt/C、PdNi@Pt/C、Pd3Fe@Pt/C，三种电催化剂较商用的Pt/C 催化剂，均表现出了高的氧还原催化活性。此外，作者发现，Pd3Fe@Pt/C催化氧还原是按照四电子途径进行的。Shao等采用化学镀法联合欠电位沉积法在Co-Pd核壳结构粒子上覆盖了单层Pt，制备了Pt-Co-Pd三元核壳结构催化剂。此催化剂直径为3-4 nm，并且总金属的质量比活性是商用Pt/C电催化剂的3倍。 Gustavo等运用量子化学方法研究了二元X@(X=Ir，Au，Pd，Rh，Ag，Co，Ni，Cu)和三元Pd3X@Pt(X=Co，Fe，Cr，V，Ti，Ir，Re)模型电催化剂的氧还原反应活性。计算表明，在核壳结构催化剂中，核可有效调变Pt壳层的d空轨道和表面Pt-Pt距离，从而减弱了氧化物种在表面的吸附，促进氧还原反应的进行。采用理论计算对深化理解核壳结构之间相互作用、电催化剂活性和反应机制具有十分重要的意义。但需指出的是，目前，核壳结构之间相互作用研究工作仍较为初步，尚无法建立起核壳结构电催化剂的野构-效冶关系，相关研究工作待深入发展。

铂基纳米材料电催化剂研究进程

铂基纳米材料电催化剂研究进程对于各种燃料电池的实际应用具有重要的促进作用。从载体负载的纯铂颗粒、组分调节、晶面控制和三维结构构建等几方面详细介绍了铂基纳米材料电催化剂制备合成和性质研究的最新进展。关键词：铂基纳米材料；燃料电池；电催化剂；合成方法铂（Ｐｔ）材料因具有独特而丰富的电子结构和高的结构稳定性，在很多反应中显示出优异的催化性能，在石油催化重整、有机合成、硝酸生产等现代工业的重要领域中具有不可替代的作用。伴随着能源需求的日益增长、传统化石能源的逐渐消耗和生态环境的持续恶化，寻求更加充足和清洁的能源变得非常急迫。燃料电池具有能量转化效率高、有害气体排放少、燃料来源广泛、噪声低等优点，近几十年来一直受到人们的大量关注，相关研究也获得了极大的进展。在燃料电池中，铂对阴极氧还原反应和阳极小分子（氢气、甲醇、乙醇、乙二醇、甲酸等）氧化反应都具有优异的催化作用，是已知性质最好的单金属燃料电池电极催化剂。但是铂储量稀少，价格非常昂贵，寻找有效的途径以提高铂的利用率显得非常重要。相对于块体材料，铂基纳米材料具有较高的比表面积、丰富的活性位点，其催化活性较前者有很大的增强，铂的利用率也得到了提高。构建高比表面积的铂基纳米材料有两种主要途径，一是将尺寸很小的铂纳米颗粒负载或生长在导电载体上，另一个是设计合成“三维”结构，如空心、多孔、框架结构等。催化剂材料所暴露的晶面决定了表面的原子构型和电子结构，直接影响反应物分子的电化学吸附和分解反应。因此，控制铂基催化剂纳米颗粒具有不同的晶面，或具有不同的几何外形，是探索高性能铂基催化剂的一种有效途径。另外，将铂与其他组分结合在一起，构建合金、异质和核壳等纳米

纳米金属镍粉催化剂的制备及其后处理

纳米金属镍粉催化剂的制备及其后处理李茸,刘祥萱,王煊军 (西安高科技研究所503室,陕西西安710025) 摘要:过渡金属镍纳米粉体是未来最有前途的新型催化剂之一,尤其在军事领域日趋重要。制备方法和工艺是决定纳米镍粉的组成、结构和性质的主要因素。而后处理是解决目前纳米镍粉大规模工业化应用的关键技术。本文综述了近年来国内外应用较多的纳米镍粉的制备方法,分别就气相法、液相法和固相法中纳米镍粉具体制备方法的优缺点和应用现状进行了评述;介绍了纳米镍粉后处理在实际应用中的重要性,并详尽评述了纳米镍粉的纯化、分散和表面保护等后处理的具体技术方法;最后对纳米金属镍粉制备的发展趋势给出了自己的观点。关键词:过渡金属;纳米镍粉;制备;后处理;催化剂中图分类号:O643;T Q246文献标志码:A 纳米级过渡金属镍粉催化剂粒径处于1~ 100nm范畴,由于其有极高的表面活性,在提高催化反应效率、优化反应途径、提高反应速度方面的研究是未来催化学的重要研究课题。研究结果表明,纳米镍金属粒子及其合金等金属粉作为催化材料在军民领域中显示出优异的催化活性和选择性。在加氢脱氢、偶联、氧化、有机合成、岐化反应等过程有着广泛的应用[1-4];而在火箭发射用的固体燃料推进剂中,如添加质量分数约1%的纳米镍微粒,每克燃料的燃烧热可增加1倍[5]。纳米催化材料的性能取决于几个重要因素:晶粒大小及分布,化学组成,界面或表面的存在及其结构特征(颗粒间界、晶面间界、杂质原子、结构缺陷等),组分间或相间的相互作用,而这些因素最终取决于化学组成及其制备方法[6]。本文较为详实地评述了应用较多的纳米镍粉制备方法以及粉体的纯化、分散和表面保护等后处理方法,并对纳米金属镍粉制备工艺的发展趋势进行了展望。 1纳米金属镍粉的制备制备纳米粒子基本的原理,一是将大块的固体分裂成纳米粒子,二是在形成颗粒时控制粒子的生长,使其维持在纳米尺寸。按照原始物质的状态进行分类,则可以分为气相法、液相法和固相法。 111气相法气相法是直接利用气体或利用各种手段将物质变成气体,使之在气体状态下发生物理变化或化学反应,最后在冷却过程中凝聚长大形成微粒的方法。制备纳米镍粉的气相法主要有金属丝电爆破法、羰基镍热分解法、蒸发-冷凝法等。气相法的优点是制备的纳米微粒细、分散性好、粒径分布窄;缺点是投资大、设备复杂、生产过程控制困难,不宜大规模生产。金属丝电爆破法该方法制备纳米镍粉是在一定的气体介质环境下,通过沿金属Ni丝轴线方向加直流高电压,在原料丝内部形成很高的电流密度(107A/cm3),使之爆炸获得10~100nm的Ni粉。T epper[7]在氩气中对金属丝施加高能电脉冲产生爆炸,获得了高活性、内部有晶格缺陷、可自燃的球形纳米Ni粉。此方法能量转化率高,易于工业化,但所制备粉体粒径分布较宽。羰基镍热分解法其主要反应为:Ni+CO(g) y Ni(CO)4,可制备粒径在30~300nm的Ni 粉[8-9]。工艺流程可概括为3个过程:羰化合成y精馏y热分解。羰化合成过程主要制备出粗产品,精馏则是利用羰基金属沸点的差异性使Ni(CO)4挥发出来,从而制出较纯产品,热分解过程是通过控制热分解参数来制备不同性能的镍粉。此法制备出的镍粉具有纯度高,分散性好,化学活性高的特点,已在工业上得到大量应用,但Ni粒径较大。蒸发-冷凝法用电弧、高频或等离子体将原料加热,使之气化或形成蒸气,然后骤冷,使之凝结成纳米粒子,通过采用通入惰性气体,改变压力的办法来控制微粒大小。胡志华等[10]用氢、氩混合直流电弧等离子体法制得5~50nm Ni粉。该法生产效率低,颗粒易氧化,设备复杂,技术要求高,成本昂贵,难以实现工业化生产。 112液相法 80年代以来,随着对材料性能与结构关系的深入研究,出现了依据化学手段,在不需要复杂仪器的前提下,通过简单的溶液过程实现纳米/超结构过程0的基本途径,即液相法。其中溶胶-凝胶法、电化学法、微乳液法和常温液相化学还原法具有工艺简单和产物的粒径、分布、形貌、纯度易控制等特点,备 # 86 #5新技术新工艺6#材料与表面处理技术2007年第9期

浅谈纳米催化剂

浅谈纳米催化剂院系：XX学院专业：XXX 班级：XXXX 姓名：XXXXX 学好：XXXXXX 指导老师：XXXX

浅谈纳米催化剂摘要：纳米技术是当今世界最有前途的决定性技术。文章简要地概述了纳米材料在力学、磁学、电学、热学、光学和生命科学等方面的主要应用，并简单展望了纳米材料的应用前景。化学反应能否进行要根据自由能的变化，但仅仅根据自由能的变化还不能判断反应能否完成，因为化学反应的完成还取决于反应的能垒，即如果反应能垒很高，则必须为其提供一定的能量，越过能垒，完成反应。该能垒被称为活化能。而催化剂的作用就是降低该活化能，使之在相对不苛刻的环境下发生化学反应。催化剂改变反应速率，是由于改变了反应途径，降低了反应的活化能。纳米材料催化剂具有独特的晶体结构及表面特性。纳米催化剂具有比表面积大、表面活性高等特点，显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性；此外，纳米催化剂还表现出优良的电催化、磁催化等性能。关键词：催化化学；催化剂；化学反应；活化能；纳米科学；纳米催化剂；比表面积。有人曾经预测在21世纪纳米技术将成为超过网络技术和基因技术的“决定性技术”，由此纳米材料将成为最有前途的材料。世界各国相继投入巨资进行研究，美国从2000年启动了国家纳米计划，国际纳米结构材料会议自1992年以来每两年召开一次，与纳米技术有关的国际期刊也很多。一、纳米材料催化剂的特点。纳米催化剂具有表面积大、稳定性好、活性高等优点。描述催化剂表面特性的参数通常包括颗粒尺寸、比表面积、孔径尺寸及其分布等。有研究表明,当微粒粒径由10 nm减小到1 nm 时,表面原子数将从20% 增加到90%。这不仅使得表面原子的配位数严重不足、出现不饱和键以及表面缺陷增加, 同时还会引起表面张力增大，使表面原子稳定性降低，极易结合其它原子来降低表面张力。此

质子交换膜燃料电池铂基催化剂层降解的综述

质子交换膜燃料电池铂基催化剂层降解的综述摘要：催化剂层退化已成为质子交换膜（PEM）燃料电池发展中的一个重要的问题。本文对近期的催化剂层的降解和耐用性问题的研究进行了综述，包括：（1）铂催化剂（2）碳载体（3）全氟磺酸离聚物和界面退化。目的是对催化剂层的微观/宏观结构变化和正常工作或加速应力条件下的氢为燃料的质子交换膜燃料电池的性能退化（降低）之间的联系提供一个清晰的认识。在每一部分中，对不同的降解机制及其相应的有代表性的缓解措施进行了介绍。此外，还对一般的实验方法进行了分类，并且对评估催化剂降解的各种研究技术进行了讨论。关键词：质子交换膜燃料电池（PEMFC）；耐久性；催化剂层；降解机理 1 引言除了成本，耐久性是质子交换膜（PEM）燃料电池商业化的另一个关键问题。到目前为止，现实生活中的电池的寿命不符合国家最先进的技术要求，例如汽车为5000小时，巴士为20000小时，和40,000小时的固定应用。为了提高质子交换膜（PEM）燃料电池的寿命，迫切需要深刻认识每个成分的失效行为以及相应的缓解措施。在过去的几年中，人们发表了许多重点研究质子交换膜燃料电池退化问题的论文。研究表明，有几种因素可以影响PEM燃料电池的耐久性，这些因素包括质子交换膜变薄和由于Pt颗粒烧结或碳载体受到腐蚀，以及气体扩散层（GDL）的降解导致催化剂层（CL）的降解。在这些之中，催化剂层（CL）退化是最关键的因素之一。在汽车和固定应用方面，越来越多的实验结果表明催化剂的降解很严重。增加催化剂层（CL）的耐久性成为一个重大的挑战，越来越多的研究重点放在质子交换膜燃料电池的耐久性研究上。在质子交换膜燃料电池的催化剂层（CL），基于活性成分，催化剂可被分为三组：铂基催化剂（Pt负载在碳或其他载体）; Pt基改性催化剂，或由其它金属如铬、铜、钴、和钌形成的合金和非铂基催化剂如非贵金属和有机金属配合物。图1列出了常用的或用于研究的质子交换膜燃料电池的催化剂以及他们的优点和缺点。目前为止，虽

纳米催化剂的研究进展

纳米催化剂的研究进展【摘要】：纳米材料催化剂具有独特的晶体结构及表面特性。文章简要介绍了纳米催化剂的特性，对纳米催化剂的制备方法及其类型进行了综述。对纳米催化剂目前存在的问题进行了分析，并对其应用前景进行了展望。【关键词】：纳米；催化剂；制备；进展近年来，纳米科学与技术的发展已广泛地渗透到催化研究领域，其中最典型的实例就是纳米催化剂的出现及与其相关研究的蓬勃发展。纳米材料催化剂具有独特的晶体结构及表面特性。纳米催化剂具有比表面积大、表面活性高等特点，显示出许多传统催化剂无法比拟的优异特性；此外，纳米催化剂还表现出优良的电催化、磁催化等性能。 1. 纳米催化剂性质. 1.1 表面效应描述催化剂表面特性的参数通常包括颗粒尺寸、比表面积孔径尺寸及其分布等。有研究表明,当微粒粒径由10 nm减小到 1 nm时,表面原子数将从20 %增加到90 %。这不仅使得表面原子的配位数严重不足、出现不饱和键以及表面缺陷增加,同时还会引起表面张力增大,使表面原子稳定性降低,极易结合其它原子来降低表面张力。此外,Perez 等认为纳米催化剂的表面效应取决于其特殊的16 种表面位置,这些位置对外来吸附质的作用不同,从而产生不同的吸附态,显示出不同的催化活性。 1.2 体积效应体积效应是指当纳米颗粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或比其更小时,晶态材料周期性的边界条件被破坏,非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度减小,使得其在光、电、声、力热、磁、内压、化学活性和催化活性等方面都较普通颗粒相发生很大变化,如纳米级胶态金属的催化速率就比常规金属的催化速率提高了100倍。 1.3 量子尺寸效应当纳米颗粒尺寸下降到一定值时,费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级,此时处于分立能级中的电子的波动性可使纳米颗粒具有较突出的光学非线性、特异催化活性等性质。量子尺寸效应可直接影响到纳米材料吸收光谱的边界蓝移,同时有明显的禁带变宽现象;这些都使得电子/空穴对具有更高的氧化电位,从而可以有效地增强纳米半导体催化剂的光催化效率[1] 。

纳米催化剂综述

纳米催化剂综述所谓纳米技术，是指在0.1~100纳米的尺度里，研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项崭新技术。科学家们在研究物质构成的过程中，发现在纳米尺度下隔离出来的几个、几十个可数原子或分子，显著地表现出许多新的特性，而利用这些特性制造具有特定功能设备的技术，就称为纳米技术纳米催化剂由于其高效的还原或氧化作用，在催化领域的应用非常广泛，与普通商用催化剂相比，表现出高活性和高选择性等优异的催化性能。在反应中，纳米催化剂的尺寸、形貌、表面性质等对其活性和选择性起到了关键的作用。纳米颗粒由于尺寸小，表面所占的体积分数大，表面的键态和电子态与颗粒内部不同，表面原子配位不全等，导致表面的活性位置增加，这就使纳米颗粒具备了作为催化剂的基本条件。随着粒径的减小，表面光滑程度变差，形成了凹凸不平的原子台阶，这就增加了化学反应的接触面。纳米催化剂性质 ⒈表面效应描述催化剂表面特性的参数通常包括颗粒尺寸、比表面积、孔径尺寸及其分布等。有研究表明，当微粒粒径由10nm减小到1nm时，表面原子数将从20%增加到90%。这不仅使得表面原子的配位数严重不足、出现不饱和键以及表面缺陷增加[，同时还会引起表面张力增大，使表面原子稳定性降低，极易结合其它原子来降低表面张力。此外，Perez等认为N Cs的表面效应取决于其特殊的16种表面位置，这些位置对外来吸附质的作用不同，从而产生不同的吸附态，显示出不同的催化活性。 ⒉体积效应体积效应是指当纳米颗粒的尺寸与传导电子的德布罗意波长相当或比其更小时，晶态材料周期性的边界条件被破坏，非晶态纳米颗粒的表面附近原子密度减小，使得其在光、电、声、力、热、磁、内压、化学活性和催化活性等方面都较普通颗粒相发生很大变化，如纳米级胶态金属的催化速率就比常规金属的催化速率提高了100倍。 ⒊量子尺寸效应当纳米颗粒尺寸下降到一定值时，费米能级附近的电子能级将由准连续态分裂为分立能级，此时处于分立能级中的电子的波动性可使纳米颗粒具有较突出的光学非线性、特异催化活性等性质。量子尺寸效应可直接影响到纳米材料吸收光谱的边界蓝移，同时有明显的禁带变宽现象；这些都使得电子/空穴对具有更高的氧化电位从而可以有效地增强纳米半导体催化剂的光催化效率，应用于石油、化工、能源、涂料、生物以及环境保护等许多领域。催化剂的作用主要可归结为三个方面：一是提高反应速度，增加反应效率；二是决定反应路径，有优良的选择性，如只进行氢化、脱氢反应，不发生氢化分解和脱水反应；三是降低反应温度。近年来在纳米催化剂的研究方面已取得一些成果，体现了纳米催化剂的优越性。目前，纳米技术的研究主要向两个方向进行：一是通过新技术减少目前使用的材料如金属氧化物的用量；二是进行新材料的开发目前，关于纳米粒子的催化剂有以下几种，即纳米金属催化剂，主要以贵金属为主，如Pt、Rh、Ag、Pd，非贵金属有Fe、Co、Ni等。第二种以氧化物为载体，把粒径为lnm-10nm的金属粒子分散到这种多孔的衬底上。衬底的种类很多，有氧化铝、氧化硅、氧化镁、氧化钛、沸石等。第三种是WC、γ-Al2O3、γ-Fe2O3等纳米聚合体或者是分散于载体上。纳米催化剂在能源化学方面的一些应用（1）燃煤纳米催化剂我国是一个产煤大国，同时也是一个用煤大国，建国以来，煤炭在我国一次能源消费构成中占75%左右，预计到2050年这一比例仍将高达50%以上。在一个较长的时期内，煤炭仍将是我国能源中最主要的角色。建设资源节约型，环境友