金掺杂多功能磁性复合纳米材料的制备及催化应用研究

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磁性复合纳米材料由于其组成不同,每一个组成单元都会表现出各自独特的性质,从而可以根据实际应用的需要选择不同组份,赋予复合材料不同的功能,使其表现出优异的综合性能。近年来,具有不同性能的磁性复合纳米材料被相继合成并在生物医药、环境化学、传感器、样品分离、分析检测等领域得到较多的应用。虽然制备功能化磁性复合纳米材料的技术、方法已有很多报道,但是大部分制备方法需用到有毒或昂贵的化学试剂、制备过程较繁杂,而且一些制备方法得到的磁性复合纳米材料稳定性较差、催化性能不理想,难于满足实际需要。因此,发展合成过程简单、成本低廉、绿色环保的方法制备出性能优异的磁性复合纳米材料显得尤为重要。考虑到四氧化三铁纳米颗粒(Fe3O4NPs)的超顺磁性、表面可修饰性以及金纳米粒子(Au NPs)优异的催化性能,本学位论文在前人的工作基础上,围绕金掺杂多功能磁性复合纳米材料的制备和应用,开展了下述研究:1.基于金纳米粒子独特的催化性能,在GO-Fe3O4载体表面通过自组装-原位生长金壳或金纳米颗粒的方法,合成了一种高效、稳定的GO-Fe3O4-Au NPs(G)催化剂,并考察了它对对硝基苯酚(4-NP)降解反应的催化性能、稳定性和重复利用性;2.通过静电自组装结合原位生长法制备了一种简单、具有多重功能的核-卫星结构磁性-金纳米复合催化剂(Fe3O4@C16@CTS-Au NPs(G)),考察了其对常见有机污染物降解反应的催化活性、稳定性和重复利用性。本学位论文共分三章,简述如下:第一章:简要介绍了纳米科技的发展历程、磁性复合纳米材料、贵金属纳米材料和金掺杂多能化磁性复合纳米材料的性质、制备方法以及它们在各个领域的应用。第二章:通过一步法合成了GO-Fe3O4磁性复合载体,利用APTES对其氨基功能化后,通过自组装-原位生长方法合成了GO-Fe3O4-Au NPs(G)磁性复合纳米材料,对其形貌和结构进行了表征,考察了其催化性能、重复利用和稳定性性。研究表明,在NaBH4存在情况下,GO-Fe3O4-AuNPs(G)复合磁性催化剂能有效地催化降解环境污染物(4-NP)。新制备的催化剂放置一个月后仍具有很好的稳定性,重复使用十次后,还能保持高的催化活性。第三章:利用简单的水热法制备了磁性四氧化三铁纳米颗粒,通过在磁球表面修饰上十六烷基硅烷以形成高比表面积的蓬松骨架结构,再将具有水溶性且表面富含氨基官能团的壳聚糖通过交联作用包裹在骨架表面,以使小的金纳米粒子通过静电作用吸附在其表面作为晶种并形成稳定的核-卫星结构,然后将氯金酸在晶种表面还原原位生长得到金纳米簇,最终得到了Fe3O4@C16@CTS-Au NPs(G)磁性复合纳米材料,并对其形貌和结构进行了表征,考察了其催化性能、重复利用和稳定性性。结果表明,在NaBH4存在下Fe3O4@C16@CTS-Au NPs(G)可有效催化降解多种常见的有机污染物,重复利用11次后, Fe3O4@C16@CTS-Au NPs(G)仍具有优异的催化活性,新制催化剂放置一个月后仍具有很好的稳定性。此外,还将该复合纳米材料成功用于黄河水样品中有机污染物的降解。
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