金及金钯核壳纳米粒子的形状、结构调控及其对铃木反应的催化性能研究

摘要

核壳结构纳米粒子是近年来备受关注的一类多功能新型材料，其中金钯核壳纳米粒子(Au@Pd)因金、钯两种高电子数的金属在纳米尺度上会发生电子相互影响，可明显提高其作为催化剂时的催化性能，并且随着其形状和结构的改变，会表现出不同的催化活性和选择性。
　　 本文采用种子生长法，以氯金酸(HAuCl4·4H2O)为前驱体，抗坏血酸(AA)为还原剂，十六烷基三甲基氯化铵或十六烷基三甲基溴化铵(CTAC或CTAB)为稳定剂，制备出二十面体单金属金纳米粒子以及长径比分别为4.5和2.5的棒状单金属金纳米粒子，并研究了不同影响因素（主要是种子加入速度、种子加入量、前驱体浓度、封端剂的量、还原剂的量、试剂中的杂质等）对纳米粒子形貌和尺寸的影响，得到了合适的制备参数体系。通过扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)对纳米粒子的形貌、结构、尺寸进行了评价，利用紫外可见吸收光谱(UV-vis)分析其生长过程，结果表明纳米粒子的生长过程中利用了粒子间的自催化作用。另外，运用奥斯瓦尔德熟化法以及种子诱导熟化法制备出了形貌、尺寸较为均一的凹面金纳米粒子。
　　 以实验制得的金纳米粒子为种子，以氯钯酸(H2PdCl4)为前驱体，AA为还原剂， CTAB为稳定剂，制备出球状及棒状Au@Pd核壳纳米粒子，并对其影响因素进行了研究。通过SEM、TEM表征其尺寸、形貌和结构，利用UV-vis分析其钯壳生长过程，共同证明其核壳结构的形成。
　　 将Au@Pd核壳纳米粒子用做铃木反应（Suzuki偶联反应）的催化剂，在水相溶剂中由苯硼酸和碘代苯来合成联苯，对反应产物进行核磁共振波谱(NMR)测试，证明了联苯的生成，表明球状及棒状Au@Pd核壳纳米粒子都具备对Suzuki反应的催化活性。球状Au@Pd核壳纳米粒子的催化产率远大于棒状Au@Pd核壳纳米粒子，且随着Pd壳厚度的增加产率下降。对二者进行二次催化活性的研究，发现催化活性下降很小，说明其具有良好的可重复利用性。

目录

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摘要

第一章 绪论

1．1 核壳结构贵金属纳米粒子

1．1．1 纳米材料的特性

1．1．2 核壳结构纳米粒子

1．2 贵金属纳米粒子的制备方法

1．3 纳米粒子生长机理

1．4 贵金属纳米粒子的形貌控制

1．5 纳米粒子的表征方法

1．6 铃木反应(Suzuki偶联反应)

1．7 本论文选题意义及研究内容

第二章 实验条件及主要测试方法

2．1 试剂和材料

2．2 实验仪器

2．3 测试方法

2．3．1 紫外光谱分析(UV-Vis)

2．3．2 扫描电子显微镜(sEM)

2．3．3 高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)

2．3．4 X射线衍射(XRD)

2．3．5 样品组成分析(ICP)

2．3．6 核磁共振波谱(NMR)

第三章 不同形貌Au纳米粒子的制备及其影响因素的研究

3．1 二十面体Au纳米粒子的制备及其影响因素的研究

3．1．1 二十面体Au纳米粒子的制备过程

3．1．2 种子生长法初步生长过程的研究

3．1．3 二十面体Au纳米粒子的影响因素研究

3．2 棒状Au纳米粒子的制备及表征

3．2．1 棒状Au纳米粒子的制备过程

3．2．2 棒状Au纳米粒子的影响因素研究

3．3 凹面Au纳米粒子的制备及表征

3．3．1 奥斯瓦尔德熟化方法制备凹面Au纳米粒子

3．3．2 种子诱导熟化方法制备凹面Au纳米粒子

3．3．3 凹面Au纳米粒子的表征

3．4 化学试剂中的杂质对纳米粒子形貌的影响

3．5 本章小结

第四章 不同形貌Au@Pd核壳纳米粒子的制备及其影响因素的研究

4．1 球状Au@Pd核壳纳米粒子的制备及其影响因素的研究

4．1．1 球状Au@Pd核壳纳米粒子的制备

4．1．2 球状Au@Pd核壳纳米粒子的影响因素

4．2 棒状Au@Pd核壳纳米粒子的制备及其影响因素的研究

4．2．1 棒状Au@Pd核壳纳米粒子的制备

4．2．2 棒状Au@Pd核壳纳米粒子的影响因素

4．3 本章小结

第五章 不同形貌Au@Pd核壳纳米粒子对Suzuki反应的催化性能研究

5．1 球状Au@Pd核壳纳米粒子对Suzuki反应的催化性能研究

5．1．1 实验步骤

5．1．2 结果与讨论

5．2 棒状Au@Pd核壳纳米粒子的催化性能研究

5．2．1 实验步骤

5．2．2 结果与讨论

5．3 Au@Pd核壳纳米粒子的可循环催化性能研究

5．3．1 实验步骤

5．3．2 结果与讨论

5．4 本章小结

第六章 结论

参考文献

致谢

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