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铜纳米颗粒的制备与催化性能研究

赵一  
【摘要】: 纳米技术是20世纪80年代末诞生并迅速崛起的科学技术,主要采用原子和分子创造新物质。该技术不仅包含以观测、分析和研究为主线的基础学科,还包括如纳米颗粒的合成、加工以及具有纳米结构的材料的制造等。金属纳米颗粒在多种不同领域有着广泛的应用,例如催化、光化学、信息存储、生物技术、摄影成像、磁流体等。近年来,关于纳米级金属催化剂的研究发展迅速。由于纳米级金属颗粒具有比表面大、表面活性中心数目多等特点,因此作为催化剂有着极高的活性和选择性。铜的价格低廉,性质稳定,是一种重要的工业原料,有着广阔的应用前景。 本论文研究包括以下三部分内容: 一、不同形貌的铜纳米颗粒的制备 本文采用不同的实验方案合成出了一系列不同形貌的铜纳米颗粒,包括立方体、小球体、枝状和片状形貌。 二、影响合成金属纳米晶体形貌和尺寸因素的研究 探讨了影响合成金属纳米晶体形貌和尺寸的因素,如反应物浓度、反应温度、反应时间、加入的助剂的浓度和种类等。我们发现,就大多数反应而言,较低的反应前驱物浓度、较低的反应体系温度、较长的反应时间以及适当的助剂,有利于生成形貌规整,尺寸均匀,分散性较好的纳米晶体。 三、纳米晶体晶面对其催化活性的影响 选用立方体和小球体这两种具有代表性的铜纳米颗粒,比较了它们对苯羟基化反应的催化活性,发现立方体形状的铜纳米颗粒具有更高的催化活性。研究表明,由于立方体形状的铜纳米颗粒主要暴露的是高能态(100)晶面,而小球体形状的铜纳米颗粒主要暴露的是低能态(111)晶面,铜纳米颗粒催化活性与其暴露晶面有关,高能晶面的催化活性较高。


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