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Au-Pt双金属纳米结构及贵金属-氧化物(Au-CeO2)纳米结构对H2或CO氧化等许多反应有着优良的催化活性和选择性,在燃料电池等领域具有重要应用价值,对这两种体系的合成细节和机理的研究将加深对纳米结构可控合成的理解。
本论文以油胺为还原剂和稳定剂,通过晶种生长法顺序还原HAuCl4.xH2O和H2PtCl6.6H2O,成功制备了Au-Pt树枝状杂聚体纳米颗粒。研究了气氛、溶剂、油胺、Pt前体、Au/Pt比例等合成条件对产物结构及形貌的影响,通过对Pt在Au颗粒表面沉积过程的研究,探讨了杂聚体结构的形成机理。研究发现油胺还原得到的Au纳米颗粒表面是由不同晶面组成的,随后还原的Pt会选择性地沉积到Au{111}表面处成核生长,形成Pt的纳米岛结构,当有足量的Pt前体时,Pt会在纳米岛的表面继续生长形成附着于Au颗粒表面的树枝状结构,研究表明树枝状Pt形貌的形成与油胺的使用有着重要关系。
研究发现采用晶种生长法通过调节Au晶种的颗粒尺寸可以选择性地合成AuP(合金结构或Au-Pt树枝状杂聚体结构,以大尺寸的Au纳米颗粒(12nm/9nm)作为晶种时将得到Au-Pt树枝状杂聚体结构,当用小尺寸的Au纳米颗粒(3nm)作为晶种时则会形成AuPt合金结构。当Au晶种尺寸较小时,由于颗粒内纳米尺度的原子快速扩散导致合金结构的形成。利用这种尺寸效应,采用油胺为还原剂通过一锅法成功得到了AuPt合金结构,实验表明该结构的形成机理仍是晶种生长法的机理,Au的还原在90℃以下就已经开始,而Pt的还原则发生在90℃-120℃,先还原的Au形成小尺寸的球形纳米颗粒(5nm),后还原的Pt沉积在小尺寸的Au纳米颗粒上并通过扩散最终得到AuPt合金结构。
在CeO2纳米立方体颗粒存在下,以正丁基锂还原Au前体并在CeO2晶种上成核生长获得了Au-CeO2杂聚体。对合成条件的研究表明,正丁基锂适宜用作Au的还原剂,Au还原速度不能过快以保证Au在CcO2纳米颗粒表面能以多相成核方式成核长大。γ-Al2O3负载的单金属Au纳米颗粒和Au-CeO2杂聚体纳米颗粒焙烧实验表明,Au-CeO2杂聚体结构能有效降低Au在高温下的凝聚长大。