燃料电池铂合金纳米晶催化剂的形貌控制及稳定性研究进展

具有可控形貌的铂合金纳米晶,尤其是表面由(111)面构成的纳米八面体或二十面体等,被认为是一种理想的高催化活性燃料电池电极催化剂,其重要的应用价值吸引了国际上许多研究组的兴趣和大量研究.近年来有关铂合金纳米晶的形貌可控合成和催化性能取得了突飞猛进的进展;但与此同时,如何在长期的催化反应服役过程中保持合金纳米晶的形貌和催化性能的长期稳定是拓展其实际应用的重要瓶颈.本文首先回顾了近年来在铂合金纳米晶的形貌调控和催化性能提升上的重要进展,进一步介绍了铂合金纳米晶在催化反应前后形貌和催化性能的稳定性,以及基于高分辨透射电子显微镜和谱学分析的失效机制研究;最后,总结了提高形貌和催化性能稳定性的一些可行途径.这些结果对进一步设计具有高活性、长寿命的燃料电池铂合金纳米催化剂具有较好的指导作用,同时也对用于其他催化反应的金属合金纳米晶催化剂具有一定的借鉴作用.     

纳米铜和纳米导电纤维的结构

目前化学家们用化学法制备了各种无机固体小颗粒的催化剂及各种由纳米级微粒组成的薄膜与合金,这种材料的研制使得材料物理与化学更进一步地渗透,推动了材料科学的更新与进步.纳米金属超细微粒作为催化剂已经是化学家们熟悉的课题,例如在铂重整中所使用的铂黑等.使用物理法在高真空中制备的各种纳米超微粒子,具有体积小,比表面积大,且表面无微孔及其它极性物质(例如羟基等的吸附),因此引起了人们尝试用物理法研制纳米金属超微粒子作催化剂的兴趣.     

TiO2包覆阵列碳纳米管的制备与表征

用常压化学气相沉积(APCVD)技术, 在同一反应器中, 不同温度下连续反应, 依次进行碳纳米管阵列的制备、空气氧化净化和二氧化钛纳米颗粒的包覆, 得到了外壁包覆二氧化钛纳米颗粒的阵列碳纳米管. 用扫描电子显微镜、X射线能量色散谱、X射线衍射仪、透射电子显微镜对制得的样品进行表征. 结果表明, 碳纳米管外壁包覆的纳米二氧化钛平均粒径11.5 nm.     

K2PtCl6/PVP体系四面体形状纳米铂的控制合成

以适量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为保护剂, 用H2还原K2PtCl6水溶液高选择性(>80%)地合成了四面体形状的纳米铂晶粒(3～8 nm).采用透射电子显微镜(TEM)和紫外可见光谱仪(UV-Vis)研究了合成体系四面体形状纳米铂晶粒的合成过程.合成体系纳米铂胶体吸收光谱数据表明, 纳米铂晶粒的生成经历了由快到慢的转变过程.TEM数据表明, 绝大多数四面体形状纳米铂晶粒不是在成核和快速生长阶段, 而是在小晶粒(<3 nm)的缓慢生长阶段生成.这些结果说明纳米铂的四面体形状很可能是通过晶粒生长中的表面晶面淘汰形成的.     

简单湿化学法制备八面体Sb_2O_3纳米晶及其光学特性

在没有使用表面活性剂的情况下,采用简单的湿化学方法成功制备出八面体Sb2O3纳米晶.用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)、傅立叶变换红外光谱(FT-IR)、拉曼光谱(Raman)以及光致发光光谱(PL)对所制备的八面体Sb2O3的物相、微结构和光学特性进行了表征.探讨了八面体产物形成的生长机理.与块体Sb2O3相比,样品的PL光谱呈现出蓝移.     

纳晶敏化太阳能电池中铂修饰对电极的一种新制法

采用铂胶体制备、L-B膜及自组装技术的结合, 在导电玻璃上制备出铂修饰电极. 电极的载铂量低, 对碘的还原反应催化活性高, 其催化性能高于纳晶敏化太阳能电池中常用的铂对电极. 这种高的催化性能归因于该电极表面均匀分布的纳米铂颗粒结构.     

K2PtCl6/PVP体系四面体形状纳米铂的控制合成

以适量聚乙烯吡咯烷酮(PVP)为保护剂, 用H₂还原K₂PtCl₆水溶液高选择性(>80%)地合成了四面体形状的纳米铂晶粒(3~8 nm). 采用透射电子显微镜(TEM)和紫外可见光谱仪(UV-Vis)研究了合成体系四面体形状纳米铂晶粒的合成过程. 合成体系纳米铂胶体吸收光谱数据表明, 纳米铂晶粒的生成经历了由快到慢的转变过程. TEM数据表明, 绝大多数四面体形状纳米铂晶粒不是在成核和快速生长阶段, 而是在小晶粒(<3 nm)的缓慢生长阶段生成. 这些结果说明纳米铂的四面体形状很可能是通过晶粒生长中的表面晶面淘汰形成的.     

玻碳表面铂黑电极的结构与电催化活性

在电化学催化的应用研究中,至关重要的课题之一,莫过于寻找和制备高性能电催化剂.以碳或氧化物为载体,在其表面上沉积催化物质,可显著提高催化剂的利用率,降低成本.铂的催化活性较高,因此,对载体上沉积铂制备实用型电催化剂的研究一直受到重视.近十多年来,以原子排列结构明确的铂单晶面作为模型催化剂的研究取得了极大的进展,发现铂电极表面结构对其活性具有决定性的影响.从而可能通过获得的知识在原子和分子层次上对电催化剂表面进行设计和筛选.由于金属在一定条件下存在单晶多定向,以及多晶单定向的趋势,上述可能性就更接近实际.本文通过对玻碳表面沉积的高分散铂黑电催化剂的结构和对甲醇氧化的催化活性的研究,试图在微观层次上对实用型电催化剂表面结构及性能进行探讨.     

氨基化单分散超顺磁荧光PGMA多功能微球制备

通过分散聚合法制备微米级单分散聚甲基丙烯酸缩水甘油酯(PGMA)微球, 并对其进行氨基改 性, 随后在微球内部原位沉积合成磁性纳米粒子, 溶胀渗入量子点, 最终制备了氨基化、微米级、单分散、超顺磁、荧光复合多功能聚合物微球. 通过扫描电子显微镜(SEM)观察微球表面形貌, 并计算平均粒径及变异系数, 结果显示微球平均粒径为1.42 μm, 变异系数3.8%. 傅里叶红外光谱仪(FTIR)表征证明PGMA微球成功引入氨基. X射线衍射仪(XRD)和振动样品磁强计(VSM)分析表明原位生成了磁性纳米粒子, 微球具有超顺磁性. 荧光显微镜观察到多功能微球具有较强荧光强度. 紫外灯照射下磁分离实验表明微球兼具磁性和荧光. 所合成的多功能微球有希望应用于生物分离、生物成像、生物标记和荧光检测等领域.     

载铁沸石催化合成纳米碳管

不同沸石分子筛载铁催化剂上分解乙炔合成纳米碳管的实验表明,催化剂的制备方法直接影响活性组分铁的分散状态和颗粒大小,不同沸石分子筛对管状纳米碳材料的形态,管径,石墨化程度有明显的影响,实验获得了在不同分子筛载体上合成纳米碳管的最佳条件。     

双室法制备高密度、高纵横比Ag_2S纳米颗粒纳米线

采用双室法,在多孔阳极氧化铝(AAO)模板中制备出高密度、高纵横比的Ag2S纳米颗粒纳米线.用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、高分辨透射电子显微镜(HRTEM)及能谱仪(EDS)对Ag2S纳米线阵列的形貌、组成及晶体结构进行了表征.结果显示Ag2S纳米线为单斜结构,直径在165～270nm之间,纳米线由直径为40～60nm的球形颗粒构成.化学反应、成核和生长是Ag2S纳米颗粒纳米线的生长机理.     

首次制备24面体铂纳米晶体

据美国Science，2007，316：731报道，厦门大学化学化工学院、固体表面物理化学国家重点实验室的孙世刚与美国佐治亚理工学院的王中林等发展了一种控制纳米晶体表面结构和生长的电化学方法，从而突破了化学法通常只能合成低表面能晶面结构纳米晶体的局限，高产率制备出具有高表面能的24面体铂纳米晶粒催化剂，显著提高了铂纳米催化剂的活性和稳定性．     

表面引发氮氧自由基聚合反应制备聚苯乙烯/SiO2纳米复合材料

将过氧基团锚固于纳米SiO₂粒子表面, 进而通过表面原位引发苯乙烯聚合制备了聚苯乙烯(PS)/SiO₂纳米复合粒子. 纳米SiO₂经亚硫酰氯(SOCl₂)处理, 再与叔丁基过氧化氢(TBHP)反应锚固形成过氧引发基团, 通过表面引发氮氧自由基聚合反应引发苯乙烯聚合, 制备了纳米氧化硅表面接枝聚苯乙烯/SiO₂ (PS-g-Silica)纳米复合材料, 利用红外光谱、透射电子显微镜、原子力显微镜、热重分析等测试方法对制备的纳米复合粒子进行了表征与分析, 结果表明表面引发氮氧自由基聚合反应可以制备良好的PS/SiO₂纳米复合材料.     

石墨炔负载金属原子催化剂研究进展

金属原子催化剂实现了原子百分之百利用率,具有高选择性和高活性等特点.但由于单个原子表面能大,容易团聚成纳米颗粒,稳定金属原子催化剂的制备对基底提出了较高的要求.石墨炔的特殊结构使其成为一种潜在的金属原子催化剂载体.石墨炔是一种由sp~2和sp杂化碳原子共同组成的新型碳的同素异形体.由于碳碳三键具有线性、无顺反异构和高共轭性等优点,使得石墨炔具有类似石墨烯的二维平面结构,同时具有高导电性、高比表面积、结构稳定等优异性质.石墨炔结构中的sp杂化碳原子能与金属原子形成强的共价键,从而使金属单原子能稳定存在石墨炔结构中;因此石墨炔是一种理想的金属原子催化剂载体.本文从石墨炔负载金属原子催化剂的结构出发,论述了石墨炔负载金属原子催化剂的研究进展,包括石墨炔负载金属原子催化剂的结构、制备方法、表征手段,重点论述了石墨炔负载金属原子催化剂在电化学催化领域的理论和实验进展.实验证明石墨炔负载的贵金属(Pt和Pd)原子催化剂以及过渡金属原子(Ni和Fe)催化剂都具有优异的电化学催化活性和循环使用性能.     

纳米铂钯合金膜电极上CO吸附的异常红外效应

彩和电化学循环伏安共沉积方法在玻碳基底上制备纳米级厚度的纳米铂钯合金膜电极（nm-PtPd/GC），扫描隧道电子显微镜（STM）观察发现，PtPd合金膜由椭圆形层状晶体组成，电化学原位红外反射光谱显示出吸附在nm－PtPd／GC电极上的CO的红外吸收显著增强、谱峰方向与在Pt、Pd电极表面得到谱峰方向相反、半峰宽明显增加等异常红外效应的特征，测得的红外增强吸收因子随PtPd合金膜厚度的增加发生变化，在实验条件下最大达到38．3。     

两种顺铂磁性纳米颗粒制备及其特性的比较

探讨了不同连接物质对顺铂(cis-dichlorodiamine platinum, CDDP)与磁性纳米颗粒(magnetic nanometer particles, MNP)形成复合物的影响及所形成CDDP-MNP的特性. 分别采用高分子海藻酸钠(sodium algi-nate, SA) 和小分子油酰肌氨酸(N-oleoylsarcosine, NOSARK)作为CDDP与磁性纳米颗粒的连接物, 并与以羧甲基葡聚糖(carboxymethyl dextran, CM-dex )为载体的CDDP复合物作对照, 用透射电子显微镜、光子相关光谱(PCS)法、分光光度法等测定CDDP-MNP的理化特征, 并通过载药量和稳定性的比较来评价两种分子量不同的连接物的优劣. 透射电子显微镜下SA改性的CDDP-MNP呈基本均匀的圆球体, PCS直径分布约为43~52 nm, 磁核平均粒径为(8.8±1.3) nm. SA的载药量大于NOSARK, 与CM-dex相当. 以溶液形式保存在4℃条件下40 d后, SA改性的CDDP-MNP复合物仍然稳定. 结果表明, SA作为CDDP与磁性纳米颗粒结合的修饰物明显优于NOSARK, 天然的SA可替代CM-dex作为CDDP与磁性纳米颗粒的连接物. 实际应用时则要同时考虑最大可逆荷CDDP量和可逆结合的CDDP的利用率.     

Al_2O_3担载Fe催化CVD法合成纳米洋葱状富勒烯

以Fe/Al2O3作催化剂,采用化学气相沉积法在400℃下催化裂解乙炔合成了纳米碳材料,为了去除催化剂载体和残留的催化剂颗粒,进一步将产物在60℃下于36%的浓盐酸中回流48h,并通过扫描电子显微镜、高分辨透射电子显微镜和X射线衍射仪对产物进行了表征.结果表明:在400℃下合成了直径在15~50nm之间、石墨片层呈层状堆积结构的内包Fe3C的纳米洋葱状富勒烯.进一步将产物在1100℃下热处理2h,得到了具有完整清晰的石墨壳层结构的纳米洋葱状富勒烯.在此基础上,探讨了内包金属纳米洋葱状富勒烯的生长机制,认为此实验条件下内包金属纳米洋葱状富勒烯的生长遵循气-固生长机制.     

电场调控载药丝素蛋白微球的制备

通过控制丝素蛋白在溶液中的构象, 在低于1 wt%的浓度条件下, 获得由纳米或微米球组成的丝素蛋白电凝胶, 并通过调节制备参数, 初步实现了丝素蛋白微球在200 nm~3 μm之间的尺寸调控. 以异硫氰酸荧光素标记的牛血清蛋白(FITC-BSA)作为模型药物, 载药实验结果表明, 在电场作用下, 随着丝素蛋白在正极自组装形成微球, 带有负电荷的药物在正极富集, 并包覆进丝素蛋白微球, 初始载药率可达75%以上, 药物能在120 h内缓慢均衡释放. 考虑到温和的制备条件(低压电场、室温或者低温、水环境)、丝素蛋白的可降解性及其同药物的良好相容性, 电场调控制备丝素蛋白微球体系有望成为缓释带负电荷的蛋白质和基因药物的优良载体.     

南海台西南盆地自生管状黄铁矿中纳米级石墨碳的发现及其对天然气水合物的示踪意义

海底天然气水合物是十分重要的能源矿产, 目前主要是根据似海底反射面(BSR)等地 球物理方法和海底地球化学异常示踪其存在. 此外, 与天然气水合物有关的自生矿物如碳酸盐、硫酸盐和硫化物等矿物也是重要的示踪体系. 本文利用扫描电子显微镜(SEM)和高分辨率透射电子显微镜(HRTEM), 对来自南海台西南盆地沉积物中的自生管状黄铁矿进行了系统的观测, 发现它们主要由草莓状黄铁矿组成, 且在草莓状黄铁矿中首次发现了纳米级的低结晶度石墨碳, 它们主要呈现出似纳米碳管和纳米锥形状, 而且与黄铁矿密切共生, 显示它们可能主要形成于含C过饱和C–H–O流体的沉淀. 黄铁矿在CH₄转变为原子C的过程中起催化作用. 自生管状黄铁矿中新发现的纳米级石墨碳, 显示其沉积时沉积岩围岩中存在CH₄过饱和流体, 因此可作为天然气水合物又一重要示踪矿物. 此外, 低温环境中纳米石墨碳的发现对石墨的实验室合成和工业生产等有借鉴意义.     

碳纳米管及其研究进展

引言1991年,日本电子公司(NEC)的饭岛澄男博士在用电子显微镜观察石墨电极直流放电的产物时,发现一种新的碳结构——碳纳米管(CarbonNan-otubes,CNTs),自此开辟了碳科学发展的新篇章,也把人们带入了纳米科技的新时代。碳纳米管具有一维中空的纳米结构,管径一般为几个纳米到几十纳米,管长可达几十微米甚至更长,比表面积大,机械强度高,热导率是目前导热性能最好的金刚石的2倍,电流传输能力是金属铜线的1000倍,同时还有独特的金属或半导体导电性,在场发射、分子电子器件、复合材料增强体、催化剂载体等领域有着广泛的应用前景。短短十几年,…