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粒子聚吡咯纳米管/Pt基纳米复合材料制备与其催化性能

收藏本文 2024-03-25 点赞:22800 浏览:97891 作者:网友投稿原创标记本站原创

摘要:聚吡咯纳米管是一种导电聚合物,具有良好的导电性能、氧化还原性质、电子传输能力和优异的稳定性,因而得到了广泛地运用。此外,聚吡咯纳米管能够通过简单的化学策略批量合成,避开了合成历程中利用高科技和精密的仪器。这些优点使得聚吡咯纳米管具有多种运用的潜力。铂、金和银等贵金属具有较强的催化活性,广泛地运用于催化各种反应。但是这些金属纳米粒子在反应中易团聚。为抑制纳米粒子的团聚,将其沉积在聚合物表面是一种常见的有效的策略。本论文利用阴离子交换和阳离子交换策略在改性的聚吡咯纳米管表面沉积Pt、Au、Ag等贵金属纳米粒子,并对这些催化剂进行了表征和催化性质的探讨。本论文的主要工作内容和结论如下:(1)在聚吡咯纳米管表面接枝咪唑类基团,利用咪唑阴离子交换能力在聚吡咯纳米管表面修饰阴离子AuCl_4—,继而原位还原,在聚吡咯纳米管表面沉积Au纳米粒子得到复合纳米催化剂。探讨表明,该催化剂能够催化氧气的电化学还原和4-硝基苯酚的化学还原。(2)将聚吡咯纳米管表面接枝羧基,利用羧酸盐的阳离子交换能力在其表面修饰阳离子Ag+。继而原位还原,在聚吡咯纳米管表面沉积Ag纳米粒子,得到水溶性的PPyNT-COOAgNP复合材料。这种含复合材料不仅能够催化H_2O_2的电化学还原,并具有拉曼增强效应。对罗丹明6G的检测浓度达到10~(-12)M,其拉曼增强因子可达6×10~7。(3)利用咪唑基团的阴离子交换能力和固定作用,在修饰有咪唑基团的聚吡咯纳米管表面沉积PtAu合金纳米粒子,得到PPyNT-Im-PtAu复合材料。PPyNT-Im-PtAu复合材料中Pt、Au比例可通过调节反应物中PtCl_6~(2-)-和AuCl_4的比例加以制约。含Pt较多的催化剂(PPyNT-Im-Pt8Au_2)能够很好的催化甲醇的氧化,并抑制催化剂CO中毒;含Au较多的催化剂(PPyNT-Im-Pt2Au8)能够很好的催化氧气的还原。该复合材料有望用于燃料电池和各种电化学传感器。(4)利用硅氧烷类功能离子液体作为碳材料的前驱体,一步法合成了合成了PtAu/C复合材料。[Si-pim][Cl]离子液体首先利用阴离子交换的策略与金属前驱体交换,形成[Si-pim][PtCl_6~(2-)]_x[AuCl_4-]y,将其碳化,用HF刻蚀得到PtAu/C复合材料。该策略合成的Pt/C材料是甲醇电化学氧化的良好催化剂,同时Pt_4Au_1/C催化剂能够很好地催化4-硝基苯酚的还原。这种简单温和的策略有望由于更多的合金复材料的合成。关键词:聚吡咯纳米管论文Au纳米粒子论文Ag纳米粒子论文PtAu合金纳米粒子论文直接甲醇燃料电池论文

    摘要4-6

    Abstract6-12

    第一章 绪论12-19

    1.1 导电聚合物12-14

    1.1.1 引言12

    1.1.2 导电聚合物的发现12-13

    1.1.3 导电聚合物的种类及运用13-14

    1.1.4 聚吡咯的导电机理性能优势及其运用前景14

    1.2 本论文的探讨背景,主要内容及革新之处14-19

    1.2.1 本论文的探讨背景14-17

    1.2.2 本论文探讨的主要内容17-18

    1.2.3 论文的革新之处18-19

    第二章 Au/聚吡咯纳米管的合成及其催化 O2和 4-硝基苯酚还原的探讨19-30

    2.1 引言19

    2.2 实验部分19-21

    2.2.1 原料19

    2.2.2 表征19-20

    2.2.3 聚吡咯纳米管(PPyNTs)的合成20

    2.2.4 聚吡咯纳米管表面修饰离子液体(PPyNTs-IL)20

    2.2.5 聚吡咯纳米管表面沉积 Au 纳米粒子(PPyNT-IL-Au)20

    2.2.6 电化学测试20-21

    2.2.7 4-硝基苯酚的还原21

    2.3 结果与讨论21-29

    2.3.1 PPyNT-IL-Au 材料的形貌表征与性能测试21-26

    2.3.2 PPyNT-IL-Au 催化氧气还原26-27

    2.3.3 PPyNT-IL-Au 催化 4-硝基苯酚还原27-29

    2.4 本章小结29-30

    第三章 Ag /聚吡咯纳米管(PPyNT-COO-AgNP)的合成及其电化学催化H_2O_2还原和对罗丹明 6G 的拉曼增强效应的探讨30-40

    3.1 引言30

    3.2 实验部分30-32

    3.2.1 原料30-31

    3.2.2 表征31

    3.2.3 聚吡咯纳米管的制备31

    3.2.4 聚吡咯纳米管表面修饰羧基(PPyNT-COOK)31

    3.2.5 Ag/聚吡咯纳米管纳米材料(PPyNT-COOAgNP)的制备31

    3.2.6 电化学测试条件31-32

    3.2.7 拉曼测试条件32

    3.3 结果与讨论32-39

    3.3.1 PPyNT-COOAgNP 材料的表征32-36

    3.3.2 PPyNT-COOAgNP 催化双氧水还原36-37

    3.3.3 PPyNT-COOAgNP 用于罗丹明拉曼检测的探讨37-39

    3.4 本章小结39-40

    第四章 PtAu/聚吡咯纳米管纳米复合材料(PPyNT-Im-PtAu)的制备及其催化性能的探讨40-56

    4.1 引言40

    4.2 实验部分40-42

    4.2.1 原料40-41

    4.2.2 表征41

    4.2.3 聚吡咯纳米管的制备41

    4.2.4 聚吡咯纳米管表面修饰离子液体(PPyNT-Im)41

    4.2.5 PtAu/聚吡咯纳米管复合材料(PPyNT-Im-PtAu)的制备41

    4.2.6 电化学测试条件41-42

    4.3 结果与讨论42-55

    4.3.1 催化剂 PPyNT-Im-PtAu 的制备与表征42-50

    4.3.2 PPyNT-Im-PtAu 催化甲醇电化学氧化的探讨50-53

    4.3.3 PPyNT-Im-PtAu 催化氧气电化学还原的探讨53-55

    4.4 本章小结55-56

    第五章 基于硅氧烷离子液体的碳材料/PtAu 金属纳米粒子(PtAu/C)的制备及其催化性能的探讨56-69

    5.1 引言56

    5.2 实验部分56-58

    5.2.1 原料56-57

    5.2.2 表征57

    5.2.3 氯化 [1 -- 3 -( 3 -三乙氧基硅)丙基 ] 咪唑离子液体([Si-pim][Cl])的合成57

    5.2.4 离子液体碳化57

    5.2.5 碳材料/Pt 纳米粒子(Pt/C-X )复合材料的制备57

    5.2.6 碳材料/Pt_xAu_y纳米粒子(Pt_xAu_y/C)复合材料的制备57

    5.2.7 测试条件57-58

    5.3 结果与讨论58-68

    5.3.1 催化剂 Pt/C-X 的制备与表征58-61

    5.3.2 复合材料 Pt/C-X 催化甲醇电化学氧化的探讨61-63

    5.3.3 复合材料 PtAu/C 的制备及其表征63-66

    5.3.4 复合材料 Pt_xAu_y/C 催化 4-硝基苯酚还原的探讨66-68

    5.4 本章小结68-69

    第六章 结论69-71

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