聚合物负载金属纳米粒子的原位制备及催化活性调控研究

来源 :西北师范大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:kezhixiao
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金属纳米颗粒材料的表面电子结构特殊且具有高的比表面积,而表现出了优异的性能。因此,金属纳米颗粒是一种良好的催化剂。金属纳米颗粒催化剂可以分为贵金属催化剂(Au、Pd、Ag、Rh、Pt)和非金属催化剂(Co、Fe、Ni)。由于金属纳米颗粒在合成过程中易于团聚,所以当金属纳米颗粒原位负载于无机材料、纳米管、共聚物、高分子水凝胶、聚合物刷等载体表面或骨架时,可以有效避免它们易于团聚、比表面降低等缺陷,因而选择合适的载体成为制备高效催化剂的关键。本论文主要以磁性纳米材料为基底,首先在其表面修饰聚合物,通过聚合物辅助原位制备金属纳米粒子,以对硝基苯酚的还原为模型反应,研究所制备杂化材料的可循环催化性能。并利用聚合物的刺激响应性,实现了纳米粒子催化活性的调控。具体研究内容分为以下两部分:1、设计制备了聚多巴胺功能化磁性埃洛石纳米管负载Au纳米粒子的杂化材料(MHNTs-PDA-Au),所有的过程简单环保且无需使用任何有毒物质,PDA层既作为还原剂又作为稳定剂。所制备的MHNTsPDA-Au催化剂对硝基苯类衍生物和亚甲基蓝染料的还原表现出高效的催化活性,大大减低了贵金属催化剂的使用量。该杂化材料具有很好的磁性,便于回收利用,循环使用八次后,仍能保持较高的活性和稳定性。同时,该方法具有一定的普适性,同样适用于Ag及非贵金属Cu负载型催化剂的制备。该研究一方面拓展了天然埃洛石纳米管在可控吸附、催化剂载体等方面的应用,另一方面为高效聚合物负载型催化剂的绿色、简单制备提供了新的方法。2、设计制备了球形聚电解质刷负载Au纳米粒子的智能纳米反应器。以Fe3O4纳米颗粒为球形基底,并在其表面修饰一层聚多巴胺(PDA)作为引发剂连接层,通过表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)制备聚电解质刷功能化的Fe3O4。在聚电解质的表面吸附HAuCl4溶液,再通过NaBH4还原为Au纳米颗粒,从而得到磁性聚电解质刷负载Au纳米粒子的纳米反应器。由于聚电解质刷具有离子对响应性,通过聚电解质刷中对离子的原位交换,诱导聚电解质链收缩和Fe3O4纳米球的聚集,从而实现对金纳米粒子催化活性的显著性调控。该方法为智能型可调控催化剂的设计制备提供了新的思路。
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