Cu-M (M=Fe、Co、Ni)、Sn-M (M=Cu、Co)纳米材料的制备及性能研究

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双金属纳米材料由于金属的协同效应和纳米材料的尺寸效应、量子效应而具有独特的光学、热学、电化学、催化和机械性能,使其在催化、磁记录、传感和医学诊断等领域都具有潜在的应用价值。尤其是贵金属材料,因其高催化活性和高化学稳定性而成为双金属纳米材料中的研究热点,但贵金属材料的成本高,经济效益低;负载型双金属纳米材料的结构复杂、稳定性低、活性组分易流失;而且催化剂的回收利用也是一大难题。因此,研制出成本低、易回收且具有良好稳定性的催化剂意义重大。据此,本文针对地球上储量丰富且催化活性较强的金属铜与磁性金属铁、钴、镍制备双金属纳米材料展开研究,主要讨论铜与磁性金属组合的双金属材料(Cu-M)的结构与催化刚果红分解的能力;并在本课题组研究的基础上探究锡与铜、锡与钴组合的双金属纳米材料的热学性质。实验结果如下:(1)以乙二胺为调节剂、水合肼为还原剂,在强碱性条件下成功的制备出具有枝状结构的Cu-Co、Cu-Ni双金属纳米材料以及具有片状结构的Cu-Fe双金属纳米材料。通过XRD、SEM、TEM和Mapping等表征方法,探究金属离子前驱体的种类、摩尔比对双金属纳米材料形貌的影响以及Cu-Ni双金属纳米材料的生长机制。实验结果表明,在共还原体系中,Cu2+优先被还原出来,其次被还原出来的是Ni2+、Co2+、Fe3+,并且在乙二胺的调节下可以得到不同形貌的双金属纳米材料。(2)以硼氢化钠为还原剂,探究了碱性环境下Cu-M双金属纳米材料催化刚果红染料降解的能力。通过紫外分光光度计观察溶液吸光度的变化,并计算刚果红的降解率。此外,还探究了硼氢化钠浓度、催化剂浓度以及缓冲溶液p H值对反应活性的影响。实验结果表明,碱性环境越强,刚果红的降解速率越慢;刚果红的降解速率在一定范围内随催化剂或硼氢化钠浓度的升高而升高;Cu0.6Fe0.4的催化活性最高,4 min就能完全催化刚果红转化为其它小分子。(3)以氯化亚锡、硝酸铜和硝酸钴为前驱体,探究还原剂种类、表面活性剂种类和反应介质种类对Sn-M双金属纳米材料形貌的影响,同时探究了其热学性质。实验结果表明,Sn基纳米材料的热学性质的变化与掺杂金属的种类以及掺杂量有关,Co促进熔融Sn成核能力更强。掺杂量相同时,Sn-Co@SiO2结晶温度明显高于Sn-Cu@SiO2,向Sn中掺杂Co能有效改善Sn的过冷现象。
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