纳米多孔非晶合金的制备及其催化性能研究

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1、分类号学号M201170737学校代码10487密级硕士学位论文纳米多孔非晶合金的制备及其催化性能研究学位申请人：邓珍学科专业：材料学指导教师：柳林教授答辩日期：2014年1月8日万方数据AThesisSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringSynthesisandCatalyticPerformanceofNanoporousAmorphousAlloysCandidate：DengZhenMajor：MaterialsScienceSupervisor：Prof

2、.LiuLinHuazhongUniversityofScienceandTechnologyWuhan430074,P.R.ChinaJan,2014万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除文中已经标明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到，本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留并向国家有关部门或

3、机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在_____年解密后适用本授权书。本论文属于不保密√□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：指导教师签名：日期：年月日日期：年月日万方数据华中科技大学硕士学位论文摘要纳米多孔金属材料具有大比表面积以及优异的催化性能，在石油化工以及能源领域具有广泛的应用前景。目前，纳米多孔合金材料主要采用去合金化技术制备。然而，对晶态材料而言，其合金元素形成固溶体的范围较小，因此形成的纳米多孔材料种类比

4、较少，多数为贵金属材料(如Au,Pt)，增加了实际工业应用的成本。相比之下，非晶态合金中原子长程无序排列元素成分分布均匀，以亚稳态存在，表面处于活化状态，因而具有异常优异的表面特性,是制备纳米多孔合金的较好的前驱体材料。本文使用感应熔炼、铜模喷铸技术制备了Mg65Cu25Gd10及Pd40Cu30Ni10P20非晶合金条带，采用化学以及电化学去合金化技术制备不同孔径大小的纳米多孔非晶材料。采用X射线衍射仪(XRD)，差示扫描量热仪(DSC)，扫描电子显微镜（SEM）以及能谱分析（EDX），比表面积测量仪（BET），电化学工作站以及高效液相色谱（HPCL）等测试手段对所制备的合金条带

5、微结构及其催化性能进行了系统研究。利用化学去合金化技术，通过调控不同的硫酸溶液浓度以及不同的腐蚀时间制备出不同孔径大小（20,30与50nm）的纳米多孔合金。自由腐蚀后，合金中活性高的Mg和Gd均被腐蚀掉，得到具有双连续通道的纳米多孔铜结构。腐蚀液浓度对纳米孔径的尺寸影响更为显著。纳米多孔非晶条带表现出高的苯酚催化降解性能，20min内对苯酚的降解率达到99%，原始非晶条带降解性能的2-4倍。这得益于纳米多孔合金更大的比表面积。此外，纳米多孔的孔径大小对合金的催化性能有显著影响，虽然孔径尺寸（50nm）较大的样品具有相对较小的比表面积，却表现出更高的催化活性。分析认为这主要是：纳米

6、孔径和润湿性行为对苯酚降解效果都有影响，即孔径较大的样品接触角比较小，表面润湿性使固液接触面积扩大；孔径较大导致反应扩散更为顺利。纳米多孔非晶催化氧化苯酚的最佳反应条件为：H2O2浓度为0.4mol/L；反应温度为60℃。深入探讨了纳米多孔非晶条带对苯酚的降解机理：首先，过氧化氢与纳米多孔材料表面铜原子相互作用产生羟基自由基；然后羟基自由I万方数据华中科技大学硕士学位论文基进攻苯环上电子云密度较大的临对位形成邻苯二酚或对苯二酚，接着这些中间产物被进一步氧化成为苯醌；最后，在羟基自由基作用下进一步形成有机酸，最终被氧化成为CO2和H2O。利用电化学去合金化技术，通过调控腐蚀时间制备出

7、不同孔径大小的纳米多孔Pd40Cu30Ni10P20合金。腐蚀时间比较长时，纳米多孔结构更加均匀。研究了纳米多孔非晶样品在碱性条件下对甲醇的电催化氧化性能。研究结果表明：纳米多孔Pd基非晶材料具有十分优异的甲醇电催化性能。腐蚀时间最长（120min）的样品具有最优性能，其具有最大的电化学活性面积（44.54m2/g）,并且在0.5MKOH+1MCH3OH溶液中对甲醇的电催化氧化性能最好，正向峰电流密度（j2f）为178.17mA/cm，逆向峰电流密度（j2b）为34.