以单晶带状银为模板制备二元贵金属纳米管及其催化性能研究

Noble metallic nano-tube displays unique properties in catalysis. It is hard to obtain regular noble metallic nano-tube through the present template materials. Thus, it is essential to synthesize noble metallic nano-tube by designing the template with special structure. In this research, the binary noble-metal nano-tube will be generated by the single crystalline silver belts template. The reactions will be tuned via the single crystalline silver belts template with stable structure, thus, the binary noble-metal nano-tube with regular shape will be obtained through galvanic replacement process. By changing the synthesizing conditions, the binary noble-metal nano-tube with various size and composition will be produced, which will be used as catalysts in chemical reactions. The growth mechanism of the single crystalline silver belt, and the formation of the binary noble-metal nano-tube will be investigated. Moreover, the influence of structure and composition on the catalytic performance of the binary noble-metal nano-tube will be studied.

贵金属纳米管在催化剂方面有许多特别的应用，然而，现有的模板材料难以得到可控的规则的贵金属纳米管。通过设计具有独特结构的模板来精确制备贵金属纳米管，对于纳米材料的合成研究有重要的意义。本项目研究内容是设计合成单晶带银，充分利用单晶带银结构的稳定性，以此为模板调控置换反应，从而达到构建二元贵金属纳米管纳米结构的目的。通过改变合成条件，可以获得可控的、不同尺度和不同组分的贵金属纳米管。同时将目标产物用于催化反应性能测试，以期得到性能稳定的催化剂材料。项目同时开展单晶银的生长机理研究，并探索二元管状贵金属的形成过程，阐释管状结构对催化性能的影响规律。

金属基催化剂在化工生产及能源方面有许多特别的应用，常温常压条件下得到性能优越的金属基功能催化剂一直是研究者所追求的目标。本项目在国家自然基金（No.21601059）的支持下,做了大量的二元及多元贵金属纳米结构的低成本、绿色、稳定及规模化合成的研究。重点进行了以原电池反应原理控制纳米结构的形成的探索，完成的研究成果及科学意义如下：① 树枝状银纳米结构的绿色生长。通过对活性碳表面功能团的控制，成功在活性碳表面可控地生长出不同形貌的分叉纳米银树枝结构，为纳米材料的绿色合成提供了新思路。②单晶带银的稳定绿色生长。以金属为模板，通过调整前驱物种类和用量，制备组成和尺度不同的单晶带银，探索其生长机制。③管状及梳状银纳米结构的生长。以硼酸分子为模板分子，以金属为基底模板，通过置换反应制备梳状和管状银纳米结构。探索模板分子对形貌的变化过程，研究了硼酸分子对管状银的形成机制。④岛状二元贵金属合成及电催化析氢性能。首次利用三角纳米片银为模板，利用原电池反应方法合成了三角岛状金、银二元贵金属，并考察三角岛状结构对电解水析氢的电催化功能，为二元纳米金属的在析氢催化剂方面的应用提供了实验依据，拓宽了银、金双金属催化剂的应用领域。⑤铜基二元和多元贵金属催化剂的创新研究。在镍、铜等金属表面成功生长一步法合成出铜基二元和多元贵金属催化剂，催化剂与金属基底结合牢固，导电性好。丰富了金属基纳米催化剂材料的微观结构研究，并且具有优良的水电解析氢催化效果。取得关键性技术数据：生长贵金属纳米结构的活性碳及金属基底预处理方案；铜基二元和多元贵金属催化剂的功能催化剂的制备方案。研究成果在Applied Nanoscience 等期刊上发表SCI收录论文7篇，申请发明专利6项。