磁性贵金属纳米复合材料的制备及催化性能研究

来源 :扬州大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:JK0803_zhangke
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贵金属纳米粒子在各类液、气相催化反应中应用广泛。催化活性、稳定性和可再循环性是衡量其催化性能的主要标准。但是贵金属纳米粒子由于粒径较小、具有较大的比表面积而容易发生团聚,导致催化活性的降低或丧失。因而需要找到合适的载体与贵金属纳米粒子复合,以此提高其可再循环性和稳定性;同时,还应充分发挥载体与贵金属纳米粒子间的协同效应,增强贵金属纳米粒子的催化活性。  磁性四氧化三铁(Fe3O4)纳米粒子,尤其是是粒径较小的Fe3O4,除了在磁分离方面具有独特性质,还能与贵金属纳米粒子间形成相互作用,提高贵金属纳米粒子的催化活性。因而将磁性纳米粒子作为贵金属的载体具有广阔的应用前景。  本文以金(Au)与Fe3O4纳米粒子为基础,分别制备了Fe3O4-Au双面粒子、Au/Fe3O4@m-SiO2蛋黄-蛋壳结构、Au@Fe3O4@PANI复合空心结构复合材料。通过透射电子显微镜(TEM)、高分辨电镜(HR-TEM)、紫外-可见吸收光谱(UV-Vis)、X射线衍射(XRD)、X-射线光电子能谱(XPS)等作为主要表征手段,观察纳米材料的形貌、晶型结构、元素价态等。本论文主要工作如下:  (1)在水相中通过化学还原法制备得到亲水性Fe3O4-Au双面粒子。利用柠檬酸钠还原法在聚乙烯吡咯烷酮(PVP)修饰的Fe3O4表面原位生长Au纳米粒子。通过调节柠檬酸钠和氯金酸的初始摩尔比,可以将Au纳米粒子的粒径可控调节在3-12 nm范围内。由于Au和Fe3O4之间的协同作用,制备所得Fe3O4-Au双面粒子在硼氢化钠(NaBH4)存在下还原4-硝基苯酚(4-NP)的催化反应中,展现出优异的催化活性、稳定性和可循环使用性。  (2)在Au/SiO2核壳材料表面组装小粒径Fe3O4纳米粒子,以十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)为模板剂,正硅酸四乙酯(TEOS)为硅源,在Au/SiO2/Fe3O4表面包裹SiO2,利用Na2CO3对该材料进行选择性蚀刻,除去CTAB,得到蛋黄-蛋壳结构Au/Fe3O4@m-SiO2复合材料。通过改变TEOS的初始量调控介孔SiO2的厚度。制备得到的Au/Fe3O4@m-SiO2复合材料,由于Au和Fe3O4之间的协同作用,在NaBH4存在下还原4-NP的催化反应中,展现出优异的催化活性。  (3)以SiO2球为模板,在其表面组装Au和Fe3O4纳米粒子,以苯胺为单体,过硫酸铵为引发剂,在SiO2@Au@Fe3O4表面包裹聚苯胺(PANI),利用NaOH蚀刻除去SiO2,得到Au@Fe3O4@PANI复合空心材料。通过改变加入苯胺单体的初始量调控PANI壳的厚度。在NaBH4存在下还原4-NP的催化反应中,PANI和Fe3O4不仅赋予材料高稳定性和可回收性,而且由于其与Au纳米粒子间的协同作用,可以大大提高Au纳米粒子的催化活性。
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