發(fā)布時間：2020-11-19 15:32

　　 金屬凝膠的制備是以金屬納米晶作為結(jié)構(gòu)單元,通過加入強(qiáng)還原劑還原金屬前驅(qū)物,然后自組裝制備形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的水凝膠,再通過超臨界二氧化碳干燥的方法可以制備金屬氣凝膠。此種制備方法在克服納米晶間團(tuán)聚的同時,使金屬凝膠存在極高的孔隙率,因此它具有極大的比表面積、超低的密度、優(yōu)良的導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性。金屬凝膠的高表面積為吸附和光催化提供了足夠的活性位點(diǎn),高孔隙率有助于液體和氣體物質(zhì)的大量輸送。而金屬凝膠的三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)有利于介質(zhì)在材料內(nèi)部快速轉(zhuǎn)移和電子傳輸。因此,憑借著金屬凝膠特有的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),不同組分和類型的金屬凝膠已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于催化和傳感領(lǐng)域。本文以雙金屬凝膠為研究對象,以硼氫化鈉作為還原劑,無任何封端劑,在不引入其它配體的前提下,通過調(diào)控金屬前驅(qū)物組成和比例,制備了不同形貌和組成成分的鈀鎳金屬氣凝膠和金鉑金屬水凝膠,利用金屬凝膠大的孔隙率、表面積和更多的活性位點(diǎn),使其易于介質(zhì)的傳輸和電子轉(zhuǎn)移,并充分發(fā)揮雙金屬的協(xié)同效應(yīng),實(shí)現(xiàn)了其在電催化和過氧化物模擬酶方面的應(yīng)用。研究內(nèi)容主要分為以下幾部分:(1)采用硼氫化鈉作為強(qiáng)還原劑,在不添加其他配體保護(hù)的前提下,還原鈀和鎳的金屬前驅(qū)物,通過簡便的一步還原方法,在60℃靜置保溫3個小時后,成功合成了比例可控的Pd_xNi雙金屬合金水凝膠,利用超臨界二氧化碳干燥后,制備了三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的Pd_xNi雙金屬合金氣凝膠。制備的金屬氣凝膠由4 nm的類球形金屬納米晶交聯(lián)而成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。通過高分辨率的透射電鏡(HRTEM)和X射線衍射(XRD)等對材料進(jìn)行了表征,證明了制備的金屬氣凝膠是由鈀鎳合金組成。研究了Pd_xNi雙金屬合金氣凝膠在HClO_4溶液中的氧還原反應(yīng)(ORR)性能,其中Pd_5Ni金屬氣凝膠展現(xiàn)了優(yōu)異的ORR性能和化學(xué)穩(wěn)定性,此電催化劑是4電子轉(zhuǎn)移過程。與此同時,Pd_5Ni氣凝膠在乙醇氧化反應(yīng)中也表現(xiàn)出優(yōu)異的性能。Pd_5Ni合金氣凝膠的質(zhì)量活性為4.30 A/mg,比商用Pd/C催化劑高5.5倍,從而證明制備的Pd_5Ni合金氣凝膠作為燃料電池的陰極和陽極反應(yīng)的催化劑方面有巨大的潛能。(2)以HAuCl_4和K_2PtCl_4為金屬前驅(qū)體,以硼氫化鈉為還原劑,一鍋法制備了AuPt_x雙金屬水凝膠,利用其作為過氧化物模擬酶,催化H_2O_2氧化3,3',5,5'-四甲基聯(lián)苯胺(TMB)產(chǎn)生顯色反應(yīng)。AuPt_x雙金屬水凝膠作為過氧化物模擬酶具有相對較低的成本和穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。通過透射電鏡(TEM)對材料進(jìn)行了表征,發(fā)現(xiàn)AuPt_x雙金屬水凝膠是三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),擁有很大比表面積和很多活性位點(diǎn)。系統(tǒng)研究了pH值、溫度和AuPt_x雙金屬水凝膠濃度等條件對過氧化物模擬酶活性的影響,AuPt_x雙金屬水凝膠作為過氧化物模擬酶具有較低的檢測限,其線性檢測范圍在0.4 mM-12 mM間。為利用金屬凝膠作為模擬酶實(shí)現(xiàn)過氧化氫的簡單、靈敏和快速檢測提供了數(shù)據(jù)支撐。
【學(xué)位單位】：山東農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TQ427.26;TG115
【部分圖文】：

圖 1 燃料電池機(jī)理圖Figure.1 Fuel cell mechanism diagram料電池電池（PEMFC）是一種以氫氣或甲醇等為燃料燃料電池（PEMFC）具有在室溫下快速啟動，

圖 2AuPtx水凝膠作為模擬酶檢測 H2O2機(jī)理圖Fig.2 Schematic diagram of detection of H2O2byAuPtxhydrogel as simulated enzymetx水凝膠作為模擬酶加速了 H2O2對 TMB 的氧化，氧化態(tài)的 TMB個體系顯藍(lán)色。因此，可以根據(jù)顏色變化以及結(jié)合紫外可見吸收光的檢測。配置 0.4 mM、0.6 mM、0.8 mM、1.0 mM、2.0 mM、4.0 mM

雙金屬氣凝膠的制備示意圖；（B）Pd5Ni 水凝膠的光學(xué)照片；（C）Pd5Ni 水凝電鏡照片；（D）Pd5Ni 水凝膠的納米晶的尺寸分布柱狀圖。atic diagram of preparation of PdxNi bimetallic aerogel; (B) optical photograph of Pctron micrograph of Pd5Ni hydrogel; (D) size of nanocrystal of Pd5Ni hydrogel Distr制備的 Pd5Ni 雙金屬氣凝膠的不同放大倍數(shù)的透射電鏡照片
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本文編號：2890171