基于聚吡咯载体磁性贵金属催化剂简便制备方法的研究

摘要

金属纳米粒子由于其具有高比表面积，这使得它对许多反应具有优越的催化活性，吸引了越来越多学者的关注。然而在实际应用中有两个必须要克服的困难：首先，金属纳米粒子非常容易团聚，会导致比表面积下降，催化活性下降；其次，金属纳米粒子的体积非常小，很难从反应体系当中分离出来。目前很多研究人员将金属纳米粒子锚定在不同支撑物上，以解决这两个问题。
　　聚吡咯（PPy）是一种带有氨基的导电高分子材料，这些氨基可以与金属盐相互作用。在基体和金属纳米粒子合成过程中，这种作用可以导致金属纳米粒子体积更小，分散更加均匀，解决了金属纳米粒子容易团聚这一问题。所以聚吡咯可以作为一种理想的金属纳米粒子基体来使用。本文向催化剂中引入磁性纳米粒子以使其在有外加磁场存在下能够容易回收再利用。
　　在第三章中，合成了Au@PPy/Fe3O4复合纳米粒子。首先合成了聚苯乙烯（PS）微球和Au纳米颗粒。用聚二乙烯二甲基氢化氨溶液对 PS表面进行修饰，使之表面带有正电荷，在将修饰后的PS纳米小球与Au纳米粒子自组装，合成了PS@Au复合物。紧接着，向 PS/Au复合物溶液中加入吡咯单体和氯化铁溶液，反应一段时间后在氮气保护下加入氯化亚铁和氨水，获得了PS/Au@PPy/Fe3O4。用四氢呋喃浸泡一夜，移除PS模板获得Au@PPy/Fe3O4催化剂。采用硼氢化钠还原亚甲基蓝对催化剂的活性进行研究，研究表明与一般的金属纳米催化剂相比，具有高催化活性，循环使用5次后活性没有明显降低。
　　第四章介绍了一种新的方法，将Pd纳米粒子、Fe3O4纳米粒子和PPy外壳通过两步合成为具有磁性中空胶囊的催化剂。向制备好的PS纳米小球溶液中加入吡咯单体以及氯化钯和三氯化铁的混合溶液，反应一段时间后加入氯化亚铁溶液和氨水，得到PS@Pd/PPy/Fe3O4催化剂。再用四氢呋喃移除 PS模板，最后获得Pd/PPy/Fe3O4催化剂。Pd/PPy/Fe3O4催化剂对硼氢化钠还原对硝基酚（4-NP）有很好的催化效果。由于引入了/Fe3O4纳米粒子，催化剂可以很快的从反应体系磁分离出来，而且催化剂在经过5次循环使用后活性基本不变。
　　第五章介绍了一种新型方法，将 Pd纳米粒子、Fe3O4纳米粒子通过聚吡咯外壳包覆在rGO纳米层表面，获得了rGO@Pd/PPy/Fe3O4催化剂。在制备过程中，Pd和Fe3O4的制备，吡咯层的聚合以及氧化石墨烯的还原都在一步中进行。rGO@Pd/PPy/Fe3O4催化剂对硼氢化钠还原4-NP有优异的催化效果，可经外加磁场进行分离，经过4次循环使用后催化活性基本不变。

目录

封面

中文摘要

英文摘要

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景及研究的目的和意义

1.2 金属纳米粒子概述

1.3 磁性纳米粒子概述

1.4 纳米复合材料催化剂载体

1.5 导电聚合物概述

1.6 本文的选题思路

第2章 实验内容和方法

2.1 实验原料及仪器

2.2 Au@PPy/Fe3O4中空纳米粒子的制备方法

2.3 Pd/PPy/Fe3O4中空纳米粒子的制备方法

2.4 rGO@Pd/PPy/Fe3O4中空纳米粒子的制备方法

2.5 催化剂的性能测试

2.6 表征测试手段及方法

第3章 Au@PPy/Fe3O4中空纳米粒子的制备及表征

3.1 Au@polypyrrole（PPy）/Fe3O4纳米粒子的制备

3.2 PS/Au纳米粒子的形貌特征

3.3 PS/Au@PPy/Fe3O4复合材料的表面形貌表征

3.4 Au@PPy/Fe3O4复合材料表征

3.5 Au@PPy/Fe3O4复合材料催化性质表征

3.6 本章结论

第4章 Pd/PPy/Fe3O4复合材料的制备及表征

4.1 Pd/PPy/Fe3O4复合材料的制备

4.2 Pd/PPy/Fe3O4复合材料的表征

4.3 本章小结

第5章 rGO@Pd/PPy/Fe3O4复合材料的制备及表征

5.1 rGO@Pd/PPy/Fe3O4复合材料的制备

5.2 rGO@Pd/PPy/Fe3O4复合材料的表征

5.3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

声明

致谢