Au、Ag基催化剂合金体系纳米相图与性能研究

Au and Ag-based binary alloy catalysts have received great attention due to the unique properties. In this study, the preparation, characterization, nano-phase diagrams and the properties of the Au-(Cu, Co) and Ag-(Cu, Co) binary systems will be investigated. Key Au and Ag-based nanoalloys will be firstly prepared by physical and chemical methods, and then the change of phase transition temperatures with the changes of compositions and sizes will be measured. A consistent thermodynamic data set will be obtained by nano-Calphad method, considering the surface effect on the chemical potential of the systems and the first principles calculation results on the surface energy. On the basis of the obtained thermodynamic database, the nano-phase diagram, the structures, the thermal stability and catalytic activity of Au and Ag-based binary nano-particles will be calculated and verified. This project will provide a theoretical basis and experimental reference for design and the preparation of high performance Au and Ag-based nano-alloy catalyst by combination key experiments, nano-thermodynamic assessment, coupled with first principles calculation on the surface energy.

Au、Ag基二元合金催化剂因其优异的性能和相对较低的价格引起广泛关注。本项目拟开展贵金属(Au, Ag)和过渡金属(Cu,Co)组成的二元AxB100-x(A=Au,Ag, B=Cu,Co)催化剂合金体系纳米合金制备、纳米相图及性能研究。在用化学或物理方法制备关键二元系列Au基、Ag基纳米合金、测定相转变温度的基础上，考虑纳米合金表面效应对各系列纳米合金各相化学势的影响，通过热力学建模及第一性原理表面能计算研究，构筑相应体系纳米相图，获得描述各二元纳米合金体系各相的热力学参数，用于各Au基、Ag基二元纳米合金相图及结构、热稳定性、催化活性等性质的计算和验证。本研究的开展将为实现基于纳米合金关键实验和纳米相图热力学及第一性原理计算相结合的Au、Ag基二元纳米合金相图研究、相关纳米合金结构稳定性及催化活性的成分和尺度的科学设计，为制备高性能纳米贵金属合金催化剂提供理论依据及实验借鉴。

贵金属Au、Ag基二元纳米合金因其优异的性能和相对较低的价格引起广泛关注。本研究采用实验与热力学计算相结合的方法制备测定了Au、Ag基纳米合金的熔化行为，构筑了纳米合金体系相图；同时，通过制备石墨烯负载的Au、Ag基纳米合金，使用循环伏安法等方法研究了Au、Ag基合金的电化学性能，测定了相应纳米合金对葡萄糖的电化学响应特性或电催化析氢性能。首先，本研究使用化学共还原法制备Au、Ag基纳米合金、并对其进行SiO2包覆，综合使用紫外—可见光、透射电镜、差示扫描量热仪等手段表征研究了合金的熔化行为，测定了合金的相转变温度，在此基础上考虑纳米合金表面效应对合金各相化学势的影响，通过热力学建模，构筑了贵金属(Au,Ag)和过渡金属(Cu,Co)组成的Ag-Cu、Au-Cu、Au-Co、Au-Ag四个二元合金体系纳米相图、获得了描述相应体系各纳米相的自洽的热力学参数。同时，基于化学共还原法、水热合成和添加不同的非离子型表面活性剂方法，制备了不同成分的石墨烯负载的Au-Cu、Ag-Cu、Ag-Au、Au-Co纳米颗粒，综合使用扫描电镜、透射电镜、电化学工作站等表征测试手段，研究了不同葡萄糖浓度下纳米合金的电催化氧化性能或电催化析氢性能，研究表明Au纳米合金具有优良的电催化析氢性能和对葡萄糖溶液的电化学响应特性、Ag纳米合金特别是Ag-Cu纳米合金对葡萄糖浓度具有优良的电化学线性响应特性。项目负责人以此成果为基础的项目参加“创客中国”创新创业大赛(创客组)，获得了广西一等奖、在进入全国500强、50强的基础上，获得全国总决赛优胜奖，为进一步开展相应纳米合金用于葡萄糖传感检测等应用研究打下坚实基础。本研究还开展了基于机器学习的高性能非晶纳米晶合金体系和成分的科学设计与制备验证等方面的研究工作。项目研究方法及成果可为相关研究提供方法借鉴。