单分子链聚合物纳米粒子稳定的高内相乳液及其应用

摘要

高内相乳液是指分散相(内相)体积分数在74％以上的乳液。其在医药、食品领域、涂料行业以及精细化工等方面具有很大的应用。本论文以单分子链聚合物纳米粒子(SCPNs)为乳化剂，以可聚合单体为连续相，制备出油包水(W/O)型高内相乳液。以高内相乳液为模板，制备出聚合物泡沫或碳泡沫材料。以制备的泡沫材料为载体，将金属纳米粒子负载到泡沫材料表面，考察了负载催化剂的催化应用。本论文研究内容包括以下两个部分：
　　(1)SCPNs稳定的苯乙烯-二乙烯基苯基聚合物泡沫及其负载Pd纳米粒子催化剂应用研究。首先，以具有头尾结构的SCPNs为乳化剂，苯乙烯和二乙烯基苯为连续相，水为分散相，制备得到油包水(W/O)高内相乳液。经自由基聚合固化外连续相，得到具有相互贯通开孔结构的聚合物泡沫(polyHIPE)。详细研究了SCPNs粒子含量，连续相组成，分散相体积分数等因素对polyHIPE材料形貌的影响。以polyHIPE为载体，氯钯酸为前驱体，硼氢化钠为还原剂，将Pd纳米粒子负载到PolyHIPE为载体表面，得到Pd@polyHIPE杂化材料。以苯硼酸与碘苯偶联反应生成联苯为研究对象，考察了Pd@polyHIPE的催化性能。结果显示：乳化剂的含量，连续相组成，分散相体积分数对聚合物泡沫的形貌性能有着显著的影响；所得到的Pd@polyHIPE杂化材料对苯硼酸与碘苯偶联反应具有优异的催化性能，且催化剂能够被循环使用。
　　(2)N,O-共掺杂的3D碳泡沫负载PtRu催化剂的制备及其在DMFC中的应用研究。以具有头尾结构的SCPNs为乳化剂，丙烯腈和二乙烯基苯为连续相，水为分散相，制备得到油包水(W/O)型高内相乳液。经自由基聚合固化外连续相，得到具有相互贯通开孔结构的聚合物泡沫(polyHIPE)。进一步化学超交联polyHIPE后置于氮气氛围下高温碳化，得到3D多孔碳泡沫(carboHIPE)。以carboHIPE为载体，氯铂酸和氯化钌为前驱体，硼氢化钠为还原剂，采用浸渍还原法，将Pt、Ru金属纳米粒子原位负载到carboHIPE表面，得到PtRu/carboHIPE催化剂。对PtRu/carboHIPE形貌及其电催化氧化甲醇行为进行了研究。结果显示：表面嵌埋有 SCPNs的丙烯腈和二乙烯基苯基聚合物泡沫经高温热处理可得到N,O共掺杂的、部分石墨化的3D carboHIPE。PtRu/carboHIPE在催化电氧化甲醇时表现出高催化活性及高稳定性。

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第一章 文献综述

1.1 高内相乳液简介

1.1.1 高内相乳液乳化剂

1.1.2 高内相乳液的类型

1.2 聚合高内相乳液(polyHIPE)

1.2.1 PolyHIPE的影响因素

1.2.2 PolyHIPE的制备方法

1.2.3 PolyHIPE的应用

1.3 本论文的目的、内容及意义

参考文献

第二章Pd@polyHIPE的制备及其应用研究

2.1 引言

2.2 实验部分

2.2.1 原料和试剂

2.2.2 高内相乳液的制备

2.2.3 PolyHIPE的制备

2.2.4 Pd@polyHIPE杂化材料的制备

2.2.5 Pd@polyHIPE催化苯硼酸-碘苯反应研究

2.2.6 分析与表征

2.3 结果与讨论

2.3.1 SCPNs稳定的高内相乳液的制备

2.4.3 PolyHIPE的制备

2.4.4 Pd@polyHIPE杂化材料的制备

2.4.5 Pd@polyHIPE催化苯硼酸-碘苯偶合反应研究

2.4 结论

参考文献

第三章 PtRu/CarboHIPE的制备及其在DMFC中的应用

3.1 引言

3.2 实验部分

3.2.1 原料与试剂

3.2.2 高内相乳液的制备

3.2.3 PolyHIPE的制备

3.2.4 超交联polyHIPE

3.2.5 碳泡沫(carboHIPE)的制备

3.2.6 Pt/carboHIPE-c及PtRu/carboHIPE-c的制备

3.2.7 PtRu/carboHIPE-c/GCE电极的制备

3.2.8 分析与表征

3.3 结果与讨论

3.3.1 carboHIPE的制备

3.3.2 Pt/CarboHIPE-c和PtRu/CarboHIPE-c的制备

3.3.3 PtRu/carboHIPE-c催化甲醇电氧化

3.4 结论

参考文献

总结与展望

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况