磁性高分子微球负载纳米金、纳米金钯的制备及其催化性能研究

摘要

磁性高分子微球既可以实现简单快速的磁分离，又具有丰富的的表面官能团，是一种优良的催化剂载体。通过对磁性高分子微球的表面功能化改变了载体对纳米金的作用力和吸附能力，进而调控纳米金的催化活性。以催化还原对硝基苯酚为模型反应，设计制备一类表面改性的磁性高分子微球，提升了微球对硝基苯酚的吸附能力，促使固载纳米金的催化活性显著提高。本文主要围绕磁性微球的制备和表面改性、及其负载纳米金、金钯的催化性能展开：
　　（1）制备微米级的磁性PMMA微球，修饰上氨基，负载上预先制备的粒径均一的纳米金，研究载体对反应物的吸附、纳米金粒径和负载密度对催化活性的影响，以及负载纳米金催化剂的稳定性和重复使用性能。
　　（2）在大尺寸的磁性PMMA微球的基础上，制备更小粒径，比表面积更大、对反应物吸附能力更强的纳米级的磁性PS微球，修饰上氨基，负载上粒径均一的纳米金，研究载体对反应物的吸附、纳米金粒径和负载密度对催化活性的影响，以及负载纳米金催化剂的重复使用性能。
　　（3）在磁性PS微球负载金的基础上，将纳米金换成活性更高的纳米金钯复合物，探究微球与纳米金钯的相互作用，探究载体和金钯比例对催化活性的影响。同时研究该负载纳米金钯催化剂的重复使用性能。
　　研究得出如下结果：
　　（1）制备了平均粒径为7.8μm的磁性PMMA微球来负载纳米金，研究了负载密度和粒径对其催化行为的影响。研究发现PMMA微球负载10 nm纳米金催化剂SAu-10-2（催化剂中金的负载密度为4292μg/g）表现出了最高催化活性。通过控制负载密度和粒径，负载纳米金催化剂的催化活性接近了未负载的准均相的纳米金催化剂。催化剂重复使用次数达到23次。
　　（2）以平均粒径为110 nm的磁性PS微球负载了纳米金，研究了负载密度和粒径对其催化行为的影响。负载纳米金催化剂相比未负载的纳米金，以 PS微球负载3.8 nm纳米金，所制备的固相催化剂的催化活性提升了6.65倍。负载密度对PS微球负载纳米金催化剂的催化活性也有较为重要的影响。当负载密度为2211μg/g时，SA-3.8表现出最佳的催化活性。分别对七种底物进行催化反应，SA-3.8均表现出良好的底物适应性。与文献报道的负载纳米金催化剂相比，本章制备的SA-3.8的催化活性也是最高的。催化剂重复使用次数达到45次。
　　（3）制备了五种不同覆盖率的纳米金钯，并探究了覆盖率和负载对于催化活性的影响。与纳米金和纳米钯相比，纳米金钯的催化活性有了较大的提升。其中调控金钯比例，纳米金钯的表观动力学速率常数（k值）最高可达2.39 min-1。将金钯比例为1:1.13的纳米金钯用所制备磁性 PS微球负载后，催化活性提升了近三倍，其TOF值高达65000 h-1。催化剂重复使用次数达到30次。
　　因此，本文拓展了纳米金在载体的表面负载的有效方法，并通过载体的协同作用，有效提高了负载纳米金催化剂的活性，为纳米金类催化剂的拓展使用奠定了理论基础。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 纳米金研究背景

1.2 负载纳米金催化剂研究现状

1.3 纳米金钯催化剂研究现状

1.4 本文的选题思路和研究内容

第2章 微米级磁性PMMA微球负载纳米金催化剂的制备及其催化行为研究

2.1 试剂和仪器

2.2 实验部分

2.3 磁性PMMA微球负载纳米金催化剂（Au/Fe3O4@PMMA）的表征

2.4 磁性PMMA微球负载纳米金催化剂催化对硝基苯酚的还原反应

2.5 本章小结

第3章 纳米级磁性PS微球负载纳米金催化剂的制备及其催化行为研究

3.1 试剂和仪器

3.2 实验部分

3.3 纳米级磁性PS微球负载纳米金催化剂（Au/Fe3O4@PS）的表征

3.4 磁性PS微球负载纳米金催化剂（Au/Fe3O4@PS）的催化行为研究

3.5 本章小结

第4章 纳米级磁性PS微球负载纳米金钯催化剂的制备及其催化行为研究

4.1 试剂和仪器

4.2 实验部分

4.3 纳米金钯和负载纳米金钯催化剂的表征

4.4 纳米金钯和负载纳米金钯催化剂的催化行为研究

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果