金属/金属氧化物纳米催化剂的一步法可控合成与催化应用

The synthesis of metal/metal oxide nanomaterials with controlled sizes and crystal surfaces is meaningful to improve the catalytic performance of these nanomaterials. Choosing metal/ZnO as the study objects, this project provides a new insight to one-step preparation of metal/ZnO in the absence of surfactants and reductants by studying the shape forming mechanism of zinc precursors in various solvent. Our targets are to solve the following technology problems: facet-tailoring, size and supported amount controlled preparation methods of metal/metal oxide nanocatalysts under the presence of no surfactants. These questions should be systematically investigated: 1) the thermal-decomposition and self-assembly behaviors zinc precursors in various conditions; 2) the mechanism of Cu-induced ZnO self-assemble into specific facets; 3) the controlled mechanism for the size and shape of metal/ZnO nanomaterials; 4) the relationship between the nanostructures and properties of metal/ZnO nano-catalysts and their catalytic performance. Moreover, we will reveal the role of the crystal surface on self-assembly of ZnO and the regulation of each component size and the crystal surface. Implementation of this project is expected to develop a new synthesis method of metal/metal oxide which can provide a reference for the size and crystal surface effects to optimize the materials catalytic properties.

金属/金属氧化物纳米材料的可控合成对于系统研究尺寸与晶面效应实现催化性能提升具有重要意义。本项目拟选取金属/氧化锌作为研究对象，通过对锌盐前驱体在不同溶剂体系中形貌构建特性的研究，提出无表面活性剂与还原剂条件下一步法构建金属/氧化锌纳米材料的思路，拟解决无表面活性剂条件下晶面调控，尺寸与负载量可控的金属/金属氧化物批量制备方法等技术问题。系统研究：1）不同金属锌盐热分解行为及在不同条件下的自组装行为；2）金属Cu与氧化锌自组装形成特定晶面结构的内在机制；3）无表面活性剂与还原剂条件下金属/氧化锌形貌与尺寸调控机制；4）金属/氧化锌结构特性与加氢催化性能相互关系。本项目的实施，有望开发出具有自主知识产权的金属/金属氧化物合成方法体系，为合理利用尺寸与晶面效应优化材料催化性能提供借鉴。

金属/金属氧化物纳米材料的可控合成对于系统研究尺寸与晶面效应实现催化性能提升具有重要意义。本项目选取金属/氧化锌作为研究对象，通过对锌盐前驱体在不同溶剂体系中形貌构建特性的研究，提出了无表面活性剂与还原剂条件下一步法构建金属/氧化锌纳米材料的思路，解决了无表面活性剂条件下晶面调控，尺寸与负载量可控的金属/金属氧化物批量制备方法等技术问题。主要研究内容如下：1）不同金属锌盐热分解行为及在不同条件下的自组装行为。系统揭示了油酸存在下氧化锌纳米棒排列形成的原因在于，锌离子与油酸根反应生成的化合物油酸锌具有与醋酸锌完全不同分解温度，这种差异导致醋酸锌在加热条件下首先分解形成氧化锌纳米颗粒并自组装成盘状结构，而油酸锌所分解产生的氧化锌在其上进一步生长形成纳米棒排列；2）金属Cu与氧化锌自组装形成特定晶面结构的内在机制。研究表明，油酸铜具有自分解还原的特性，其加热过程中所生成的一氧化碳能将铜离子还原成铜纳米颗粒；并进一步诱导氧化锌在其表面生长，自组装形成盘状氧化锌负载铜纳米材料；且这种铜/盘状氧化锌复合催化剂具有较高的甲醇选择性。3）从碱性多元醇工艺出发，利用碱可稳定控制金属颗粒尺寸的特性，在一定的pH条件下将金属氧化物前驱体引入到反应体系中，一步法实现了金属纳米颗粒尺寸以及负载量的调控。4）金属/氧化锌结构特性与加氢催化性能相互关系。该部分将这些纳米催化剂应用到二氧化碳加氢制甲醇和甘油氢解这两个绿色反应中，发现即使是在高负载量时催化剂也具有良好的催化活性。本项目的实施，开发出具有自主知识产权的金属/金属氧化物合成方法体系，为合理利用尺寸与晶面效应优化材料催化性能提供了借鉴。