資料內(nèi)容僅供您學(xué)習(xí)參考，如有不當(dāng)或者侵權(quán)，請(qǐng)聯(lián)系改正或者刪除。納米電催化材料的研究進(jìn)展化學(xué)化工學(xué)院11(1)班黃聰慧11231103摘要:介紹了納米電催化材料的分類、制備方法、性質(zhì).初步介紹納米電催化材料的電催化活性與納米顆粒尺寸的降低之間存在的特殊規(guī)律以及納米電催化材料上的異常紅外效應(yīng)【1】。對(duì)今后納米電催化材的研究方向進(jìn)行了展望。關(guān)鍵詞:納米材料;電催化;電催化劑1引言隨著人們環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),電催化作為一種潔凈的催化過程越來越受到重視,被廣泛應(yīng)用于有機(jī)電合成、燃料電池等領(lǐng)域.為節(jié)能降耗或提高燃料電池的轉(zhuǎn)化效率,開發(fā)研制新型的高效電催化材料成為電催化應(yīng)用研究中的核心技術(shù)【2】。納米材料引入電催化研究中,給新型電催化材料的開發(fā)注入了新的活力。本文將著重介紹近幾年來人們對(duì)納米電催化材料的研究成果。2納米電催化材料的分類種類舉例納米金屬Au(3～5nm)Pt(2～20nm)納米合金W0.013Ru1.27Se(1.2～2nm)Pt-Pb-Sb(10nm)Co-Mo(20~100nm)Pt-M(30~100nm)M=Co,Cr,NiNi-Mo(1.7nm)納米氧化物Ti2RuFe(6～100nm)氧化銥(4.2nm)納米復(fù)合材料Au/有機(jī)物(2～5nm)Pt(或Pt/Ru)/碳納米管(2～7nm)Au+Fe2O3(Au3.2nm,Fe2O320～50nm酶/Au(50nm)DNA/Au(20nm)[Fe(bpy)3]2+/沸石(0.74nm)3納米電催化材料的制備方法3.1還原法以金屬的化合物為原料,在一定介質(zhì)和還原劑存在條件下,進(jìn)行水解還原反應(yīng),得到納米金屬的方法稱為還原法。經(jīng)過控制溫度、攪拌條件、pH值以及還原劑的種類可得到3～20nm范圍的納米顆粒【3】。3.2高能球磨法按特定的比例將幾種金屬混合后,置于球磨機(jī)中,在氮?dú)夥諊?依靠鋼球的擠壓碰撞,混合金屬出現(xiàn)大量的結(jié)構(gòu)缺陷,促進(jìn)了元素間的擴(kuò)散,使混合組分發(fā)生固態(tài)反應(yīng),同時(shí)晶格力的破壞導(dǎo)致碎片的生成,最終形成納米合金。隨球磨時(shí)間的不同可得到4～30nm范圍的納米晶體【4】。3.3化學(xué)沉淀法將幾種不同金屬的羰基化合物按一定比例加入到特定的有機(jī)溶劑中,在攪拌和特定條件下,形成合金的沉淀物,再經(jīng)洗滌,干燥得到納米合金.變換溶劑可得到1.2～100nm的納米晶體【5】。3.4電沉積法這是在基體電極上直接合成納米材料的一種方法.先將基體電極置于金屬鹽溶液中,然后利用電化學(xué)手段如恒電位、恒電流或電位掃描等方法,控制一定電流密度、電位或電位掃描范圍及反應(yīng)時(shí)間,最終制得納米材料。依反應(yīng)條件不同可得到1～10nm范圍的納米材料【6】。3.5兩相法借助相轉(zhuǎn)移劑的作用將水溶液中的金屬化合物轉(zhuǎn)移到有機(jī)溶劑中,在有機(jī)相中,化合物被還原,金屬成核沉淀的同時(shí)被有機(jī)溶劑中另一有機(jī)物所包裹形成復(fù)合納米材料.控制反應(yīng)條件,可調(diào)節(jié)顆粒尺寸在1～3nm【7】。3.6溫度誘導(dǎo)法將3.5節(jié)中制得的小顆粒的納米復(fù)合物溶于有機(jī)溶劑或熔融鹽中,然后加熱到某一固定溫度,得到較大顆粒的方法稱為溫度誘導(dǎo)法,與兩相法相配合,可得到4～6nm的納米復(fù)合材料。最后,需要指出的是,以上各方法得到的納米電催化材料一般需要經(jīng)過涂抹等手段附著于電極上,構(gòu)成電極后才能應(yīng)用于電催化反應(yīng)中,發(fā)揮納米電催化材料的電催化作用【8】。4納米電催化材料的性質(zhì)4.1改進(jìn)的電催化性能與非納米材料相比,使用納米電催化材料,可大大降低過電位,即陽極氧化起始電位負(fù)移,陰極還原電位正移;同時(shí),峰電流顯著增大,說明納米電極的電催化材料具有改進(jìn)的電催化性能【9】。典型的結(jié)果列于表2中。納米電催化材料反應(yīng)電催化性能Ni-Mo合金Fe2O3+AuPt-Pb-SbAuTiO2氫析出CH3OH氧化草酸還原CO氧化草酸還原過電位降低255mV,交換電流密度增大6倍陽極氧化電位負(fù)移200mV起始還原電位正移大約600mV過電位降低180mV起始還原電位正移大約600mV4.2對(duì)蛋白分子電子傳遞反應(yīng)的促進(jìn)作用納米尺寸的顆粒對(duì)蛋白質(zhì)分子具有較好的生理相容性,即吸附于金屬顆粒表面的蛋白分子能較好保持自身的生理活性【10】。利用這一性質(zhì)將蛋白質(zhì)分子吸附于納米顆粒上,制得復(fù)合納米材料,涂抹于電極上可得到生物傳感器。細(xì)胞色素C是一種含血紅色素的金屬蛋白分子,洪廣言研究發(fā)現(xiàn)修飾在金電極上的CeO2納米晶對(duì)細(xì)胞色素C電子傳遞反應(yīng)具有促進(jìn)作用,并認(rèn)為附著到金電極表面的CeO2納米晶會(huì)在電極表面形成許多電化學(xué)活性點(diǎn),構(gòu)成電極與細(xì)胞色素之間的電子傳遞通道,因而產(chǎn)生促進(jìn)效應(yīng)【11】。酶作為一種生物催化劑,也是蛋白質(zhì)。研究發(fā)現(xiàn),將酶吸附于納米顆粒上,不但酶的生理活性能保持不變,而且它的催化活性能得到顯著提高TANGFangqioq等人研究了納米顆粒對(duì)葡萄糖酶電催化活性的促進(jìn)作用,發(fā)現(xiàn)催化電流能提高10倍多【12】。她們認(rèn)為金納米顆粒能附著在葡萄糖酶的氧化還原中心(FAD/FADH2)因而縮短了金納米顆粒與FAD之間的距離及電極與金屬納米顆粒間的距離,而金具有優(yōu)良的電催化性能【13】。因此,覆蓋于酶表面的納米金顆粒起到了酶與電極表面的電子通道作用,因而顯著加快了電極和葡萄糖酶間的電子傳遞速率,明顯改進(jìn)了葡萄糖酶對(duì)底物的催化活性。5結(jié)束語納米電催化材料為電催化的研究開辟了新天地.作為一種新型的電催化劑,它不但能極大改進(jìn)電極的電催化性能,實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗。而且,與酶及生物大分子有較好的相容性,為制備酶電極提供了可能【14】。因此,相信會(huì)越來越成為電化學(xué)、催化科學(xué)、化學(xué)工作者所重視.今后,應(yīng)著重以下幾個(gè)方面的研究:1.制備方法的研究利用現(xiàn)有的制備方法,得到的納米電催化材料大都經(jīng)二次加工結(jié)合在基體電極上,自然帶來許多不便。解決這一問題可從兩方面下手:一是探索原位合成方法如直接在基體電極上進(jìn)行電沉積等;二是探索利用具有電催化活性的導(dǎo)電材料直接合成納米電極;另外,探索制備不同尺寸的納米粒子的實(shí)驗(yàn)條件也很有意義【15】。2.表征手段的擴(kuò)展現(xiàn)有表征手段測(cè)試如STM、SEM等大都停留于表面形貌的測(cè)試。而對(duì)納米電催化材料電性質(zhì)的表征卻未見有報(bào)道.因此,為深入研究結(jié)構(gòu)與性質(zhì)間的關(guān)系,必須擴(kuò)展表征手段以全面的了解納米電催化材料在結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn),為進(jìn)一步的關(guān)聯(lián)提供實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).3.納米電催化材料應(yīng)用范圍的拓寬,將這種新型電催化劑應(yīng)用于不同體系、不同領(lǐng)域,將為人們認(rèn)識(shí)納米電催化材料的電催化特性積累更為豐富的感性知識(shí)從而使人們最終能揭開這種新型電催化劑的奧秘。參考文獻(xiàn)

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