刺激响应聚合物催化剂的制备及可调制催化性能研究

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实现可控制可调制的催化作用是现代化学工业发展的需求。聚合物材料因其组成及结构容易控制等特点,在实际应用中表现出较好的设计适应性,故聚合物材料为载体的催化剂成为近年研究的热门方向。考虑到生命的构成及实现的多功能作用——生命及生物体组织均由聚合物构成,所以仿生与智能聚合物为催化剂载体,可赋予催化剂部分生物催化功能,使其具有可控制、可调节的特点,从而实现自我反馈与控制。本文从智能催化剂的研究现状出发,出于对实际应用中存在问题的考虑,对智能催化体系进行深入的研究。首先,本文将不同性能的智能聚合物组合,合成出双温度响应聚合物催化剂。其中聚(t-丁基丙烯酰胺磺酸-co-1-乙烯基咪唑)(P(AMPS-VI))作为催化水解层,负载镍纳米粒子的聚(N-异丙基丙烯酰胺-co-丙烯酰胺)(P(NIPAM-co-AM))具有可控的催化还原功能。通过精确的温度控制,使催化剂在活性状态(“开”状态)和惰性状态(“关”状态)进行转换,从而进行可切换催化。其次,将pH敏感性聚合物引入到聚合物催化体系的研究中,合成出一种包埋Ag纳米粒子的温度-pH双响应聚合物催化剂,并将4-硝基苯酚(4-NP)转化为4-氨基苯酚(4-AP)。该催化剂由N-异丙基丙烯酰胺(NIPAM)、马来酸(MA)、羧甲基纤维素(CMC)和硝酸银(Ag NO3)的水溶液通过自由基聚合制备,并在溶液中原位生成Ag NPs。利用温度和pH响应性的溶胀-脱胀来控制进入Ag NPs的通道,并调节其催化活性。通过改变反应介质的温度和pH值来调节催化活性的开关。不同的温度和pH值都会影响4-NP催化还原的转化过程,从而获得具有多响应催化能力的高智能催化剂。此外,本文还在上述基础上,设计研究了新的非PNIPAM基的温度响应性Ag基催化剂。受益于蛋白的多组分自组装序列机理,合成了一种由两种不同强度的相互作用产生的自组装聚合物(即聚马来酸、聚1-乙烯基咪唑和聚丙烯酰胺),并在其中原位生成Ag金属纳米粒子。通过共聚物的温度响应导致的溶胀变化来控制染料和4-NP进入底物通道的次序,并调节其催化活性。本文基于上述研究,创新性地将聚合物材料在多温度和多刺激响应条件下的响应规律结合到聚合物催化剂体系的合成中,为深入开发新的智能高分子催化剂奠定了一定的理论基础。
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