金属钌、钴纳米颗粒的制备及其粒径控制的研究

论文摘要

尺寸在1～100 nm之间的粒子称为纳米粒子。它是由一定数量的原子或分子组成的粒子,其性质既不同于宏观大尺寸颗粒,也不同于单个原子和分子等微观粒子,处于原子簇和宏观物体交界的过渡区域,是一种介观系统。纳米微粒的小尺寸效应、量子尺寸效应、表面效应、宏观量子隧道效应和介电限域效应等使其具有常规粗晶材料不具备的特性。这些纳米效应使得纳米材料在力学、电学、磁学、热学、光学和催化等方面具有奇特的功能,因此,近年来,纳米材料与技术在诸多领域引起广泛的重视,成为国际上研究与开发最为活跃的领域之一,被认为是21世纪人类最有前景的技术领域。钌、钴催化剂应用于费-托合成反应成为近年来研究的热点,纳米技术的兴起,为制备新型负载型、高效、高选择性的催化剂提供了新思路。在费-托合成领域,虽然传统的催化剂中活性组分的颗粒尺寸是纳米级别,但是粒径分布很宽,不能准确的考察活性金属颗粒本身的特性（粒径和形貌）对催化性能的影响。本文工作探索了控制金属钌、钴纳米颗粒粒径的方法以及讨论了制备条件对其粒径的影响,并采用电子显微镜、X-射线光电子能谱仪、红外光谱仪等对纳米粒子进行了表征。其结果如下:（1）采用不同的制备方法,以聚乙烯吡咯烷酮作为保护剂,在乙二醇中还原亚硝基硝酸钌控制金属钌纳米颗粒粒径。在一步反应中,通过改变试剂加入方式和还原温度制备出单分散的、粒径分布窄的1.2-6.5 nm钌纳米颗粒;在晶种增长反应中,先制备出粒径小的钌纳米颗粒作为晶种,然后调控制备参数制备出3.8-7.3 nm钌纳米颗粒。（2）通过NaBH4还原硝酸钴,采用有机溶剂稳定法以及在表面活性剂P123存在下制备出3.2-171.4 nm不同平均粒径的钴纳米颗粒。通过改变反应体系参数如介质粘度,有机溶剂或稳定剂P123的量来控制粒径大小和分布。FT-IR和XPS测试证实P123中的O原子与Co2+或Co0存在相互作用,通过XPS和HRTEM分析揭示了P123稳定的金属钴纳米颗粒表面存在少量的CoO、Co2B和化学吸附的P123。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 纳米材料研究综述及论文选题背景
• 1.1 纳米材料的研究进展及现状
• 1.2 纳米材料的基本效应
• 1.2.1 表面效应
• 1.2.2 体积效应（小尺寸效应）
• 1.2.3 量子尺寸效应
• 1.2.4 宏观量子隧道效应
• 1.2.5 介电限域效应
• 1.3 纳米材料的特殊性能
• 1.3.1 纳米材料的力学性能
• 1.3.2 纳米材料的光学性能
• 1.3.3 纳米材料的电学性能
• 1.3.4 纳米材料的磁学性能
• 1.3.5 纳米材料的热学性能
• 1.3.6 化学特性
• 1.4 纳米材料的制备方法
• 1.5 纳米材料的表征方法
• 1.5.1 X-射线分析法
• 1.5.2 电子显微镜技术
• 1.5.3 谱分析法
• 1.5.4 热分析法
• 1.6 论文选题目的及工作思路
• 第2章 不同粒径的金属钌、钴纳米颗粒的制备方法
• 2.1 不同粒径的金属钌纳米颗粒的制备方法
• 2.1.1 通过控制反应温度和改变试剂的加入方式制备金属钌纳米颗粒
• 2.1.2 采用晶种法制备金属钌纳米颗粒
• 2.2 不同粒径的金属钴纳米颗粒的制备方法
• 2.2.1 有机溶剂稳定法制备钴纳米颗粒
• 2.2.2 改变有机溶剂与水的体积比控制钴纳米颗粒粒径
• 2.2.3 改变表面活性剂P123 量控制钴纳米颗粒粒径
• 2.2.4 表面活性剂量一定时（P123/Co=1）,改变有机溶剂与水的体积比控制钴纳米颗粒粒径
• 第3章 乙二醇还原法控制合成不同粒径钌纳米颗粒
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 仪器
• 3.2.3 制备方法
• 3.2.4 表征
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 钌纳米颗粒的形成
• 3.3.2 试剂的加入方式以及还原温度对钌纳米颗粒粒径的影响
• 3.3.3 晶种法控制钌纳米颗粒的粒径
• 3.4 小结
• 第4章 表面活性剂和有机溶剂稳定法控制合成不同粒径钴纳米颗粒
• 4.1 前言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 材料
• 4.2.2 钴纳米颗粒的制备方法
• 4.2.3 表征
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 硼氢化物还原钴盐的反应机理
• 4.3.2 钴纳米颗粒的形成
• 4.3.3 不同醇有机溶剂对钴纳米颗粒粒径的影响
• 4.3.4 二元醇种类及其浓度对钴纳米颗粒粒径的影响
• 4.3.5 P123 加入的量对钴颗粒的粒径的影响
• 4.3.6 P123 的量相同时，二元醇浓度对钴纳米颗粒粒径的影响
• 4.3.7 钴颗粒的表征
• 4.4 小结
• 论文总结
• 参考文献
• 致谢
• 附录A（攻读学位期间所发表的学术论文目录）