憎水性纳米金属粒子的制备及催化活性研究

论文摘要

贵金属纳米材料由于比表面积大,粒径小、表面能高,具有很多独特的性质。例如：导电性、感光、抗静电、抗磁、催化等,使其在生物工程、医药、光学材料以及工业催化等领域具有广泛的应用,因此,其制备与应用一直是纳米材料领域研究的热点问题。本论文合成了3,4-双十二烷氧基苄胺,一种新型的表面活性剂,它能与正丁醇、正庚烷和HAuCl4·4H2O构成稳定的W/O型微乳液,利用该反相微乳液为模板,采用微波辐射加热,通过甲酸还原HAuCl4·4H2O,可以得到超均一、超分散的纳米金粒子,将制备的纳米金粒子负载于Al203或活性炭载体上,可以催化硝基苯酚的还原,以及Suzuki偶联反应。本文中所用的表征手段主要有1HNMR、FT-IR、UV-vis、TEM、HR-TEM、XRD、CA、GC等。研究成果主要概括如下：1、以3,4-二羟基苯甲醛为原料,与溴代十二烷发生烷基化反应生成3,4-双十二烷氧基苯甲醛,然后与盐酸羟胺反应生成3,4-双十十二烷氧基苯甲醛肟,最后用锌粉还原生成3,4-双十二烷氧基苄胺（DDOBA）,通过微波辐射加热的手段,在DDOBA/正丁醇/正庚烷/甲酸/HAuCl4的反相微乳液体系中,利用甲酸作为还原剂制备了DDOBA保护的憎水性金纳米粒子。实验结果显示：金纳米粒子的尺寸随着DDOBA/HAuCl4摩尔比增大而减小、单分散性越来越好,得到的粒子具有超均一性和超分散性,并能在空气-水界面上形成大面积短程有序的纳米金二维自组装膜。2、本文利用胶体负载法将制备的的憎水性金纳米粒子负载到A1203载体上制得Au/Al2O3负载型纳米金催化剂,通过透射电镜、扫描电镜、数码照片和能谱分析等方法对该催化剂进行了表征和分析。实验表明,纳米金粒子的憎水性能和在载体表面的强附着力保证了Au/Al2O3负载型催化剂在催化还原硝基苯酚反应中金粒子的低流失率,同时表现出高的催化活性,反应后易于分离和洗涤,且可以循环利用多次。在催化NaBH4还原对硝基苯酚、邻硝基苯酚和间硝基苯酚的研究中,考察了纳米金粒子的粒径、负载量、反应温度等因素对催化活性的影响,实验结果表明：纳米金粒子的粒径为4.94±1.05nm、负载量为0.1%、反应温度为50℃时,催化活性最好,催化剂可多次循环利用。3、在C12OBA/正丁醇/正庚烷/NaBH4/HAuCl4·H2PtCl6的反相微乳液体系中,用NaBH4作为还原剂,制备了C12OBA保护的憎水性金/铂双金属纳米粒子,利用胶体负载法将制得的合金纳米粒子负载到一系列载体上,获得负载型催化剂,探索了其在Suzuki偶联反应中的催化活性,考察了反应温度、催化剂种类、反应底物、反应时间等因素对催化活性的影响。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 纳米材料及其特性
• 1.1.1 纳米材料的简述
• 1.1.2 纳米材料的特性
• 1.2 纳米材料的制备技术
• 1.3 纳米材料的表征方法
• 1.4 贵金属纳米粒子的制备
• 1.5 贵金属纳米粒子的应用
• 1.6 纳米金催化剂的研究概述
• 1.6.1 负载型纳米金催化剂的制备
• 1.6.2 负载型纳米金催化剂的应用
• 1.7 本论文选题依据与内容
• 1.7.1 本论文选题依据
• 1.7.2 本论文研究内容
• 1.8 参考文献
• 第二章 DDOBA/甲酸还原法制备憎水性纳米金粒子
• 2.1 引言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 3,4-双十二烷氧基苄胺的合成
• 2.2.2.1 3,4-二羟基苯甲醛的合成
• 2.2.2.2 3,4-双十二烷氧基苯甲醛的合成
• 2.2.2.3 3,4-双十二烷氧基苯甲醛肟的合成
• 2.2.2.4 3,4-双十二烷氧基苄胺的合成
• 2.2.3 DDOBA保护的憎水性金纳米粒子的合成
• 2.2.4 憎水性金纳米粒子的表征
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 甲酸用量对金溶胶紫外可见光谱及粒子尺寸和形貌的影响
• 4摩尔比对金溶胶紫外可见光谱及粒子尺寸和形貌的影响'>2.3.2 DDOBA/HAuCl₄摩尔比对金溶胶紫外可见光谱及粒子尺寸和形貌的影响
• 2.3.3 正庚烷/正丁醇体积比对金溶胶紫外可见光谱及粒子尺寸和形貌的影响
• 2.3.4 DDOBA保护的金纳米颗粒在空气-水界面上的二维自组装
• 2.3.5 DDOBA保护的金纳米颗粒的XRD
• 2.4 结论
• 2.5 参考文献
• 第三章 憎水性纳米金粒子催化硝基苯酚还原反应
• 3.1 引言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 3.2.2 憎水性金纳米粒子的表征
• 2O₃负载型催化剂的制备及表征'>3.2.3 Au/Al₂O₃负载型催化剂的制备及表征
• 2O₃负载型催化剂催化活性研究'>3.2.4 Au/Al₂O₃负载型催化剂催化活性研究
• 3.3 结果与讨论
• 3.3.1 憎水性金纳米粒子的表征
• 12OBA稳定的金纳米粒子的TEM照片和粒子分布直方图'>3.3.1.1 C₁₂OBA稳定的金纳米粒子的TEM照片和粒子分布直方图
• 12OBA稳定的金纳米粒子的憎水性能表征'>3.3.1.2 C₁₂OBA稳定的金纳米粒子的憎水性能表征
• 2O₃负载型催化剂的表征'>3.3.2 Au/Al₂O₃负载型催化剂的表征
• 2O₃负载型催化剂的SEM照片'>3.3.2.1 Au/Al₂O₃负载型催化剂的SEM照片
• 2O₃负载型催化剂的EDS电子能谱分析'>3.3.2.2 Au/Al₂O₃负载型催化剂的EDS电子能谱分析
• 2O₃负载型催化剂的数码照片'>3.3.2.3 Au/Al₂O₃负载型催化剂的数码照片
• 3.3.3 对硝基苯酚与对氨基苯酚标准曲线的绘制
• 3.3.3.1 对硝基苯酚的紫外光谱和标准曲线
• 3.3.3.2 对氨基苯酚的紫外光谱和标准曲线
• 3.3.3.3 邻硝基苯酚的紫外光谱和标准曲线
• 3.3.3.4 间硝基苯酚的紫外光谱和标准曲线
• 2O₃负载型催化剂催化活性评价'>3.3.4 Au/Al₂O₃负载型催化剂催化活性评价
• 3.3.4.1 对硝基苯酚（PNP）的还原
• 3.3.4.2 邻硝基苯酚的还原
• 3.4 结论
• 3.5 参考文献
• 第四章 憎水性纳米金/铂合金粒子催化SUZUKI偶联反应
• 4.1 引言
• 4.2 实验部分
• 4.2.1 试剂与仪器
• 4.2.2 Au·Pt/C负载型催化剂的制备及表征
• 12OBA包裹的憎水性金/铂双金属纳米粒子'>4.2.2.1 C₁₂OBA包裹的憎水性金/铂双金属纳米粒子
• 4.2.2.2 Au-Pt/C负载型催化剂的制备
• 4.2.3 Au·Pt/C负载型催化剂催化Suzuki偶联反应
• 4.2.4 气相色谱仪定量分析的实验条件
• 4.3 结果与讨论
• 4.3.1 憎水性金/铂双金属纳米粒子的表征
• 4.3.1.1 憎水性金/铂双金属纳米粒子的TEM图
• 4.3.1.2 憎水性金/铂双金属纳米粒子的HR-TEM图
• 4.3.1.3 憎水性金/铂双金属纳米粒子的XRD图
• 4.3.1.4 憎水性金/铂双金属纳米粒子的能谱（EDS）图
• 4.3.1.5 0.45%Au·Pt/C负载型催化剂的透射电镜
• 4.3.1.6 0.45%Au·Pt/C负载型催化剂的XRD图
• 4.3.2 溴苯的气相标准曲线的绘制
• 4.3.3 联苯的气相标准曲线图
• 4.3.4 负载型金/铂双金属纳米粒子在Suzuki偶联反应中的应用
• 4.3.4.1 不同催化剂催化活性的比较
• 4.3.4.2 反应时间对催化剂催化活性的影响
• 4.3.4.3 反应温度对催化剂催化活性的影响
• 4.3.4.4 氧化物载体对催化剂催化活性的影响
• 4.3.4.5 不同的反应底物催化剂的催化活性
• 4.3.4.6 溶剂对反应的影响
• 4.3.4.7 碱性试剂对反应的影响
• 4.4 结论
• 4.5 参考文献
• 第五章 结论
• 致谢