论文部分内容阅读
随着纳米催化剂的不断发展，多功能纳米复合材料由于其高效的催化性能得到了越来越多的关注，特别是基于纳米金的多功能复合体系，在生物医药、环境保护、催化领域有着巨大的应用前景。本论文以具有催化活性的金纳米粒子以及具有磁分离功能的四氧化三铁纳米粒子为功能性组分、有机硅/无机硅为载体，利用了原位还原/先合成再装载两种方法嫁接/包裹金纳米粒子，成功制备了一类可用于催化和吸附分离的多功能纳米复合材料，对其结构和形貌进行了详细的表征，并以4-硝基苯酚的催化还原为模板反应对其催化活性进行了表征，主要研究内容如下: (1)利用嵌段共聚物聚苯乙烯-b-聚苯烯酸(PS-b-PAA)的自组装特性包覆疏水的磁性四氧化三铁纳米粒子，形成球型的磁性胶束;再通过硅烷偶联剂巯丙基三甲氧基硅烷(MPTMS)水解交联对磁性胶束进行固定并在其外表面引入巯基;通过原位还原法嫁接S-Au的共价键作用锚定的金纳米粒子(2nm/5nm)。同时，外表面的金纳米粒子的粒径可以通过调节溶液中残余的含巯基的分子浓度来控制。最终得到一类内部为磁性核、中间层为嵌段共聚物与有机硅的杂化层，外部为金纳米粒子的磁性复合颗粒。研究发现，这种磁性胶束-金纳米复合颗粒具有尺寸均一、形貌规则并具有良好的分散性，在4-硝基苯酚的催化还原反应中表现出优异的催化活性。 (2)从亲水的四氧化三铁出发，在其表面直接进行巯丙基三乙氧基硅烷(MPTES)的水解包覆，通过得到的磁性纳米球表面的巯基锚定原位还原法生成的金纳米粒子。同样，金纳米粒子的大小可以通过调节还原前溶液中残余的含活性巯基的分子浓度来控制，得到高磁饱和强度(32.1emu/g)、尺寸均一(～150nm)、分散性良好的复合纳米颗粒，其内部为四氧化三铁纳米粒子，中间层为有机硅，外部为金纳米粒子。与磁性胶束-金纳米复合颗粒相比，该磁性氧化硅-金纳米复合颗粒磁分离效果更好，制备更简便，可控性强，同时具有优异的催化活性。 (3)从疏水的四氧化三铁以及金纳米粒子出发，利用PS-b-PAA的自组装特性将两种纳米粒子包裹在胶束内部，加入十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）稳定胶束，最后煅烧除去有机物，得到的双介孔复合材料内部为装载两种纳米粒子的大的介孔，外部为均匀的小介孔。在硝基苯酚还原反应中，该磁性多功能双介孔氧化硅球经10次循环实验后催化活性保持不变，稳定性优异。