铂纳米颗粒形貌控制研究进展-论文.pdf

《铂纳米颗粒形貌控制研究进展-论文.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、第42卷第8期稀有金属材料与工程、，o1．42．NO．82013年8月RAREMETALMATERIALSANDENGINEERINGAugust2013铂纳米颗粒形貌控制研究进展张明媚，张纪伟，张丽娟(北京工业大学，北京100124)摘要：铂作为催化剂在光化学催化、燃料电池和工业生产等方面有重要的应用，通过控制纳米颗粒的尺寸和形貌可以降低铂用量的同时提高其催化性能。本文对晶体成核与生长的相关理论和利用无机分子或有机分子控制合成特定形貌铂纳米颗粒的研究进行了总结。关键词：铂；催化剂；形貌控制中图法分类号：O614文献标识码：A

2、文章编号：1002—185X(2013)08．1756．05铂纳米催化剂因其具有良好的抗腐蚀能力、优异的功控制合成出了一系列比表面积大且稳定存在的非催化活性和电化学性能而被广泛应用于燃料电池领域。球形铂纳米粒子，但对纳米颗粒的成核与生长的机理但金属铂资源稀缺、价格昂贵，因此，如何提高铂利用并没有完全了解。文章主要阐述了铂晶成核与生长的率，控制合成具有高催化活性和选择性的铂纳米催化剂相关理论并在此理论上着重探讨了大分子物质与无成为世界研究的热点之一ll_。要提高铂催化剂催化活性机离子对铂晶晶型与颗粒形貌的影响。可以通过控制合成具

3、有特殊结构和高比表面积的铂纳1铂纳米晶体的成核与生长米催化剂来实现。目前，具有特殊结构的铂纳米催化剂展现出了优晶体的形成主要包括相平衡和晶体的生长与界N面f一，-。越的催化活性和电化学性能，这是因为铂催化剂的催结构的形成两部分。晶核的形成是一个相变过程，主要化活性在很大程度上受到颗粒尺寸和形貌的影响。通的驱动力是相变过程前后的自由能差，是一个从非平衡过减小颗粒尺寸不仅能够有效增大催化剂的比表面态向平衡态过渡的动态过程。溶液中晶核形成的热力学积，而且随着其粒径的减小，纳米颗粒会因体积有限条件是：溶液浓度达到一定的过饱和度。当条件

4、满足相而不再严格受到晶格的限制从而形成晶格缺陷和不变的自由能差△G<0时，聚集的原子达到临界半径之规则多晶结构L2J。同时，晶体上形成的缺陷和不规则后将形成晶核并长成具有一定形貌的晶体，过程如图1多边角结构产生的电荷极化作用和颗粒本身较高的所示J。从图中可以看出，纳米粒子最终的形貌主要一百嚣禽霉比表面积促使铂纳米颗粒具有了更高的催化活性和是由晶体成核和晶体生长两个过程决定的。特殊的电化学性能【3I4】。然而，纳米粒子尺寸的不断减小在提高比表面积的同时会产生更高的表面自由能，表面自由能的升高会促使颗粒形成高度对称的球形纳米结构来

5、降低自身整体的活化能，但球形结构在降低活化能的同时也减少了边角颗粒的数量从而降低了催化剂活性。因此，如何在减小催化剂材料尺寸的同时导向生成特殊形貌的纳米粒子是控制合成具有高比例边角原子和高比表面积的铂纳米催化剂的关键。近年来，人们通过在反应过程中加入表面活性剂图1晶体形成过程示意图或无机小分子、控制温度和反应物浓度等方法已经成Fig．1SchematicdiagramofFormationofcrystals收稿日期：2012—07．16基金项目：北京市教委面上项H(KM20081005033)；国家自然科学基金(509740

6、06)；北京市教委绿色化学化工学术创新研究团队资助项目(PHR201107104)；教育部留学回国人员科研启动基金(PHR201107104)作者简介：张明媚，女，1987年生，硕士，北京工业大学环境电化学实验室，北京100124，E-mail：zhangmingmei2004@163．com第8期张明媚等：铂纳米颗粒形貌控制研究进展1．1铂晶的均相成核与非均相成核AG。液相还原制备铂纳米颗粒发生相变过程的条件为，Il铂原子的浓度是否达到过饱和，使相变发生的热力学：公式为：、、r’，o、，△G=RTInCo／C(1)崛第式中，

7、为平衡饱和溶液浓度，c为过饱和溶液浓度，为温度，为摩尔气体常数。若使成核过程自发进行应使△G<0，在、大于图2A晶体成核aG．r函数关系和成核时间与形貌的关系零的条件下，即满足cCo，因而体系过饱和是形成铂Fig．2FunctionofAG．。(a)andrelationshipbetween晶核的基本条件。nucleationtimeandmorphology(b)在铂晶体的成核初期，铂盐中的Pt(II)或Pt(IV)逐渐被还原剂还原成Pt。，随着铂原子数量的不断增结构或者一定构型的单晶晶面，才能在进一步吸附铂加，聚集的原子

8、形成热力学不稳定的集团即晶胚，当原子长大的过程中形成具有特殊形貌的铂纳米粒子。晶胚生长半径到达成核的临界半径时便生成了晶核。如果在原溶液中直接加入已成形晶核，那么溶液这种在过饱和条件下，依靠体系本身的能量变化获得中被还原的原子将不再白发聚集成核而是依附在晶核驱动力，由晶胚直接