双金属纳米材料与催化分析

姚欢欢

摘 要：双金属纳米材料由于其更加良好的催化性质以及相对较低的价格，成为了近些年来人们研究与关注的重点。基于此，本文分析了不同的双金属材料的催化性质，探究了影响双金属材料催化性质的因素。

关键词：双金属纳米材料；催化性质；影响因素

引言：贵金属是一种十分重要的催化剂材料，在工业生产中被大量的使用。因其储能有限、价格相对高昂，所以将贵金属更加高效的进行利用成为了相关研究人员关注的重点问题。目前，较为常用的一种方式就是利用贵金属与非贵金属合成金属件化合物或者是合金进行催化，以降低对贵金属的消耗。双金属纳米材料在代替贵金属进行催化反应的效果较好，受到了相关人员的关注。本文分析了不同的双金属纳米材料的催化反应及影响因素，为相关人员的工作进行提供参考。

一、双金属纳米材料的催化性质分析

（一）Pt基双金属纳米材料

Pt基双金属纳米材料在化工领域以及化学科学中被广泛的应用，是一种十分重要的金属催化剂材料。在制备Pt基双金属纳米材料时，首先要准备Pt晶种，并在适当的条件下加入Ni源。其次要控制还原合成条件，让被还原的Ni原子簇或院子能够在Pt晶种的表面进行扩散，形成稳定的Pt基双金属纳米材料。

这种双金属Pt-Ni纳米束在甲醇的电催化反应中表现出良好的性能，相比于单一的Pt纳米束或纳米颗粒来说，双金属Pt-Ni纳米束的电催化活性更好。笔者研究发现，Pt纳米束、Pt纳米颗粒、双金属Pt-Ni纳米束的电化学活化面积分别为0.39mA/cm2、0.26mA/cm2、0.93mA/cm2。在稳定性上，双金属Pt-Ni纳米束优于Pt纳米束以及Pt纳米颗粒。这就意味着在实际的催化反应中，Pt基双金属纳米材料不仅能够提供更有活性的催化反应，还能更好的保证催化反应的稳定性。

目前，Pt基双金属纳米材料不只有双金属Pt-Ni纳米束一种，还有Pt基双金属PtCo和PtFe纳米线材料、PtM（M为Ni、Au、Pd）合金纳米晶、Cupt和CoPt双金属纳米颗粒以及不同晶面的Pt-Ni双金属纳米晶催化剂等等。这些Pt基双金属纳米材料都有着良好的催化反应活性，在实际的工业生产中有着较好的应用前景。

（二）Pd基双金属纳米材料

Pd基双金属纳米材料有着较好的催化活性、催化反应的条件也较为温和，目前被普遍应用于医药生产领域、天然产物合成领域以及石油化工领域等等。我国对于Pt基双金属纳米材料的制备在2012年得到了发展。相关研究学者利用牺牲模板法在较为温和的条件下，制备出了Pt基的合金一维纳米线，研制出了PdPt双金属纳米线。

这种Pd基双金属纳米材料在催化活性上有着一定的优势。笔者经过研究发现，相比于单一成分的贵金属催化剂，Pd基双金属纳米材料作为催化剂有着更好的电催化活性，电极的灵敏度也较高，可以达到533μA/（mmol/L cm2）。

使用双扩散法同样能够制备出Pt基的合金一维纳米线。笔者在研究中发现，Pd4Pt和Pd9Au双金属纳米线的氧化活性比在工业生产中使用的传统的Pt基催化剂要好，能够达到0.79mA/cm2和0.49mA/cm2。另外，目前研究出的Pd基双金属纳米材料还有Co10Pd40-Co40Pd40的双金属纳米颗粒、Au-Pd双金属纳米颗粒等，在催化活性上有着较高的优势。

（三）Au基双金属纳米材料

Au基双金属纳米材料的研究与制备一直是相关人员研究的重点，是一种十分重要的双金属纳米材料，其催化活性也被广泛关注。Au-Pt催化剂就是一种Au基双金属纳米材料，有着较高的催化速度。Au-Pt催化剂的催化作用主要是利用Pt的引入，使得Au表面上H2的解离速度更快。笔者在研究中发现，在Au-Pt催化剂中，Pt的含量越高，这种Au基双金属纳米材料的催化活性越好。

在TiO2基底上负载Au-Ag双金属纳米颗粒也是一种Au基双金属纳米材料，其尺寸约为1.5nm[1]。这种Au基双金属纳米材料能够更加显著的提升催化反应的速度。笔者研究发线，在制备双氧水的实验中，Au基双金属纳米材料的应用能够使得反应更加高效。Au能够使得O2在光催化的条件下积极的形成H2O2，同时，这种合金结构还能有效的抑制H2O2在Au表面的分解。

二、双金属纳米材料催化的影响因素

（一）双金属纳米材料的成分

双金属纳米材料的成分不同能够影响催化反应的表现。由上文中的分析能够发现，调控双金属纳米材料中各个成分的含量能够得到不同催化速度与性质的催化剂。以Au基双金属纳米材料为例，AuPd合金纳米颗粒在实际的催化反应中，比单一的金属纳米材料的催化活性更好、催化的速度以及稳定性也有所提升。Au基双金属纳米材料不仅能够提升催化反应的效率，还能有效抑制生成产物的分解，使得产物的产量更大。

调整Pt-Ni纳米束中的成分比例，能够制备出PtNi3和PtNi5等合金纳米颗粒[2]。结合实际的电催化反应能够得出，PtNi3有着更好的氧化还原能力，证明了不同组成的双金属纳米材料的催化性质不同。

（二）双金属纳米材料的结构性质

双金属纳米材料中有着不同的结构性质，例如，空心多孔结构、一维结构、壳核结构等等。有研究显示，不同结构的双金属纳米材料有着不同的催化性能。这就意味着相关研究人员或工作人员要结合实际的需求，对双金属纳米材料的结构进行设计。以Au基双金属纳米材料为例，利用离子交换的方式能够制备出Au@Ag双金属壳结构的纳米材料，相比于单一结构的Au纳米颗粒、Ag纳米颗粒或Au-Ag合金纳米颗粒，这种纳米材料有着较好的结晶性，催化活性也更强。

另外，双金属纳米材料的尺寸大小也会影响催化性质。例如，对于Pd@Au纳米晶而言，其壳层的厚度越大，催化活性就越高，并在2.2nm时达到最优。

总结：综上所述，双金属纳米材料在催化反应中有着更优的性质，对其的研究已经取得了一定的进展。目前，在Pt基双金属纳米材料、Pd基双金属纳米材料以及Au基双金属纳米材料的研究与制备中，取得的了较好的成绩，也得到了较为广泛的使用。研究发现，双金属纳米材料的成分、结构、尺寸都会影响催化反应的性质，相关人员需要探究其最优的形式，保证催化反应的快速和稳定。

参考文献：

[1]周明. 金属纳米材料的可控設计、合成及催化性能研究[D].重庆大学，2017.

[2]祁琨. 金属纳米材料的表界面调控及电催化应用研究[D].吉林大学，2017.