特殊形态高分子微球/金纳米粒子复合材料的制备及催化性能研究

论文摘要

通过链转移自由基聚合和端基置换反应合成了温敏性聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAAm）大分子单体,以此为反应性稳定剂,与丙烯腈（AN）和苯乙烯（St）进行三元分散共聚,制得了粒径均一、表面具有特殊形态的PNIPAAm接枝PAN/PSt高分子微球（PNAS）。发现共聚过程中AN与St的比例、PNIPAAm大分子单体的用量对形成微球的大小与形态有明显的影响。以四氯金酸为金源,在室温下将一定量的四氯金酸与PNAS复配,利用PNIPAAm链的酰胺基团络合吸附金离子,在50℃和常压条件下由乙醇进行原位还原,使生成的金纳米粒子负载在特殊形态高分子微球的表面,得到的Au-PNAS作为负载型催化剂。利用扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线衍射（XRD）、傅立叶红外光谱（FTIR）及紫外光谱（UV）对金纳米粒子负载前后的微球样品进行表征,发现金纳米粒子在特殊形态高分子微球表面实现了有效分散,通过改变还原条件可将其粒径控制在230nm的范围内。该负载型金纳米粒子的催化活性由葡萄糖氧化生成葡萄糖酸的反应进行了验证,通过高效液相色谱（HPLC）的测定结果表明其具有良好的催化活性和选择性;进而以NaBH4为还原剂,在去离子水中研究了不同温度下Au-PNAS催化对硝基苯酚的性能,借助UV、荧光表征的结果,发现其催化性能优良,在2h之内能够完全催化还原对硝基苯酚为对氨基苯酚,并且改变反应条件又能将生成的对氨基苯酚完全催化氧化为对硝基苯酚,说明该Au-PNAS负载型催化剂同时具有催化还原和催化氧化的双重功能。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米复合材料
• 1.1.1 纳米材料
• 1.1.2 纳米复合材料
• 1.1.3 金属纳米复合材料
• 1.1.4 聚合物-金属纳米复合材料
• 1.1.4.1 沉积法
• 1.1.4.2 直接分散法
• 1.1.4.3 球磨法
• 1.1.4.4 光照化学法
• 1.2 高分子微球
• 1.2.1 大分子单体的分子设计与合成
• 1.2.2 特殊形态高分子微球
• 1.3 分散共聚
• 1.3.1 分散共聚的基本概念
• 1.3.2 特殊形态高分子微球的合成原理
• 1.4 原位还原
• 1.4.1 在聚合物存在下原位形成金属纳米粒子
• 1.4.2 纳米粒子存在下原位形成聚合物
• 1.4.3 聚合物和金属纳米粒子原位形成法
• 1.5 应用前景
• 1.6 立题依据
• 第二章 特殊形态高分子微球的制备
• 2.1 引言
• 2.1.1 当前进展
• 2.1.2 研究内容
• 2.2 实验试剂
• 2.3 实验设备
• 2.4 实验步骤
• 2.4.1 低聚物的制备
• 2.4.2 大分子单体的制备
• 2.4.3 特殊形态高分子微球的制备
• 2.5 结果与讨论
• 2.5.1 低聚物与大分子单体的表征
• 2.5.1.1 GPC 表征分子量
• 2.5.1.2 紫外谱图表征大分子单体的端基双键
• 2.5.1.3 红外谱图表征大分子单体的结构
• 1H-NMR 核磁谱图表征大分子单体的结构'>2.5.1.4¹H-NMR 核磁谱图表征大分子单体的结构
• 2.5.2 表征特殊形态高分子微球的结构
• 2.5.2.1 FTIR 表征特殊形态高分子微球的结构
• 2.5.2.2 TEM 表征特殊形态高分子微球形态的粒径及分布
• 2.5.2.3 SEM 表征特殊形态高分子微球的形态
• 1H-NMR 核磁谱图表征特殊形态高分子微球的结构'>2.5.2.4¹H-NMR 核磁谱图表征特殊形态高分子微球的结构
• 2.6 小结
• 第三章 特殊形态高分子微球/金纳米粒子复合材料的制备
• 3.1 引言
• 3.1.1 制备金属纳米粒子/聚合物复合材料
• 3.1.2 当前进展
• 3.1.3 研究内容
• 3.2 实验试剂
• 3.3 实验设备
• 3.4 实验步骤
• 3.4.1 特殊形态高分子微球/金纳米粒子复合材料的制备
• 3.4.1.1 原位还原法
• 3.4.1.2 光还原法
• 3.4.1.3 二元还原剂法
• 3.5 结果与讨论
• 3.5.1 讨论金纳米粒子粒径的影响因素
• 3.5.1.1 温度的影响
• 3.5.1.2 时间的影响
• 3.5.1.3 金酸与还原剂的配比影响
• 3.5.1.4 加料方式的影响
• 3.5.1.5 还原剂的影响
• 3.5.2 金纳米粒子生成的示意图
• 3.5.3 特殊形态高分子微球/金纳米粒子复合材料的表征
• 3.5.3.1 紫外表征特殊形态高分子微球负载前后
• 3.5.3.2 负载金纳米粒子前后的FTIR 谱图
• 3.5.3.3 负载金纳米粒子前后的XRD
• 3.5.3.4 负载金纳米粒子前后的照片
• 3.5.3.5 负载金纳米粒子后的TEM
• 3.5.3.5.1 不同温度下还原的TEM
• 3.5.3.5.2 不同还原方式的TEM
• 3.5.3.5.3 不同配比的TEM
• 3.6 小结
• 第四章 特殊形态高分子微球/金纳米粒子复合材料的催化性能
• 4.1 引言
• 4.2 实验试剂
• 4.3 实验设备
• 4.4 实验步骤
• 4.4.1 催化葡萄糖
• 4.4.2 催化对硝基苯酚
• 4.5 结果与讨论
• 4.5.1 催化氧化葡萄糖
• 4.5.2 催化对硝基苯酚
• 4.5.2.1 紫外光谱表征催化还原的反应过程
• 4.5.2.1.1 紫外光谱表征时间的影响
• 4.5.2.1.2 紫外光谱表征温度的影响
• 4.5.2.1.3 紫外光谱表征不同催化剂的影响
• 4.5.2.2 荧光光谱表征催化还原的反应过程
• 4.6 小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文