论文摘要
在乙二醇体系和DMPU（1,3-二甲基-3,4,5,6-四氢-2-嘧啶酮）体系中,制得了盘状Ru-Co合金纳米晶、链状Ru纳米晶、Pd-Ru纳米晶和由小粒子组装的Se-RuSe2球形纳米晶。用透射电子显微镜（TEM）、高分辨透射电子显微镜（HRTEM）、扫描电子显微镜（SEM）、X-射线衍射仪（XRD）,X-射线能量扩散光谱仪（EDS）等测试手段对合成的材料进行了分析和表征,并进行了性质测试,主要结果如下：1.在乙二醇体系中,以聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）做表面活性剂,水合氯化钌（RuCl3·nH2O）做前驱物,在适宜的条件下制得了形貌均一,单分散性好的链状Ru纳米晶,平均直径约为2.8 nm。HRTEM结果显示,晶面间距为0.23 nm,与六方相Ru（100）晶面间距相一致,链状Ru纳米晶是沿着（100）方向生长的。实验结果表明,PVP和CTAB对得到链状Ru纳米晶的具有直接影响,PVP在反应过程中主要控制粒子尺寸,而CTAB则诱导粒子产生链状结构。电化学析氢性能测试,相比于商业Pt黑,链状Ru纳米晶具有更优越的析氢电位,析氢电位约为-0.06 V。2.DMPU是一种高沸点溶剂,在水体系和油体系中兼具良好的溶解性。本文在DMPU体系中,以水合氯化钴（CoCl2·nH2O）和水合氯化钌（RuCl3·nH2O）为原料,油胺为结构导向剂,水合肼为还原剂,用溶剂热法成功制备出盘状Ru-Co合金纳米晶。XRD衍射分析表明,40°<2 θ<500之间的衍射峰分别介于六方相Ru（JCPDS-65-7645）与六方相Co（JCPDS-89-7373）之间,产物为六方相的Ru-Co合金。TEM、SEM和AFM表征表明,Ru-Co纳米晶为盘状结构,平均粒径为38 nm。相应的HRTEM分析显示出较为清晰的晶格条纹,晶面距分别为0.23 nm和0.20 nm,介于六方相Ru和Co的（101）晶面和（111）晶面之间,进一步表明所得产物为Ru-Co合金纳米晶。电化学测试表明,Ru-Co合金纳米晶对于催化电化学析氢反应（HER）表现出优越催化活性和稳定性：催化电化学析氢电位约为-0.1 V且在0 V～-0.4 V的扫描范围内经过5000圈循环伏安扫描后,仍保持了较高的催化活性,阴极电流只有微弱下降。3.在乙二醇体系中,以水合氯化钌（RuCl3·nH2O）和二水合硝酸钯（Pd（NO3）2·2H2O）为前驱物,PVP和CTAB为表活剂,程序升温模式下合成了Pd-Ru合金纳米晶。XRD分析表明：Pd-Ru纳米晶为Pd和Ru的合金结构。从TEM分析可知,典型条件下得到的Pd-Ru合金纳米晶是以三角形和六边形为主的片状结构,表面附有小颗粒。条件实验表明,Pd-Ru纳米晶的形成机理为：在110℃时,Pd2+优先还原,与少量还原下来的Ru3+形成表面光滑的片状Pd-Ru合金,随着温度的升高和反应的进行,更多的Ru3+被还原下来与Pd形成合金,并促使Pd在合金表面偏析形成Pd小颗粒附着在表面。4.在乙二醇体系中,利用油胺（OLA）增加体系还原性,PVP和CTAB作为表活剂,氯化钌（RuCl3·nH2O）Se粉为前驱体,程序升温模式下合成得到Se-RuSe2纳米晶。XRD分析表明,产物为无定形RuSe2与六方相的Se复合结构。Mapping与线性元素扫描分析表明,Ru元素与Se元素在整个粒子表面均匀分布,原子个数比约为1：3。TEM结果表明,Se-RuSe2纳米晶结构为小粒子组装的球形结构,组装体粒径为300nm～500nm。电化学测试结果表明：Se-RuSe2纳米晶在碱性条件下催化氧还原反应（ORR）的起始电位-0.21 V；对比含有5 M甲醇与不含有甲醇的电解液中,催化ORR的线性扫描（LSV）曲线只有微弱变化（半波电位差<6mV）。Se-RuSe2纳米晶对于ORR反应表现出较高的耐甲醇特性与氧还原催化活性,是具有良好应用前景的燃料电池阴极催化材料。