纳米金催化剂的制备、表征及其催化性能的研究

论文摘要

制备得到纳米级、高分散的金粒子是金催化剂高活性的前提。制备高分散的、稳定的纳米催化剂,可加入表面活性剂,稳定剂；也可以选择带有巯基,氨基,羧基等官能团的载体,这类载体通过与纳米颗粒相互作用,防止纳米粒子团聚长大,失去活性。载体既可以分散活性组分,提高催化剂的机械性和热稳定性,又可以在某些场合提供活性中心位来提高催化剂的活性和选择性,从而达到节约贵金属的目的。所以选择合适的载体至关重要。本文选择富含氨基的壳聚糖（CS）和聚乙烯亚胺（PEI）高分子载体,既是载体,又是稳定剂。采用化学还原法制备出金负载量低、活性较高、粒径分布为30-60nm的Au/CS和粒径分布约为2-7nm的Au/PEI纳米粒子,并且氨基与金相互作用比较强,有效地避免了金纳米粒子之间的团聚,即使放置几个月催化活性依然比较好,较好地实现了预期目标。借助Uv-vis、TEM、HPLC等表征手段研究了纳米金催化剂的大致形貌以及活性。PEI的加入促进成核速率,稳定了金纳米粒子,延缓其进一步长大的速率,从而最终形成粒径较小、粒径分布较窄的纳米粒子。以对硝基苯酚催化还原制备对氨基苯酚为模板反应,考察了Au/PEI纳米粒子制备条件对其催化性能的影响,比如：还原剂的种类、载体、负载量、还原温度、还原时间、Au与还原剂的比例以及反应时不同溶剂及其配比等不同条件对其催化活性的影响,发现制备时还原剂的种类对纳米金的催化效果影响最大,其次是还原时间、Au与PEI的比例、还原温度,Au与还原剂的比例的影响最小。保持金的用量相同,使用负载量不同的同类催化剂时,金负载量高的纳米金催化剂的催化效果相对要好一些。所制得的催化剂在低温避光保存几个月后,仍能表现出良好的催化活性。另外,反应体系中若加入乙醇,会大大降低原来的反应速率,可能是因为乙醇的极性比水低,并且整个反应体系中乙醇的含量越高,反应进行的速度越慢,甚至反应不完全。可能是乙醇的加入降低了NaBH4的水解速率,从而影响整个反应速率。该催化反应的机理有待进一步研究。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 文献综述
• 1.1 纳米金的发展历史及其现状
• 1.1.1 金的物理化学性质以及研究历史
• 1.1.2 纳米金催化剂的特征
• 1.1.3 金纳米颗粒的制备
• 1.1.4 GNPs生长过程控制
• 1.1.5 纳米金催化剂的应用
• 1.1.6 GNPs的功能化修饰
• 1.1.7 纳米金催化剂的失活
• 1.1.8 纳米材料的隐忧
• 1.2 对氨基苯酚的用途及生产工艺
• 1.2.1 对氨基苯酚的用途
• 1.2.2 对氨基苯酚的合成工艺
• 1.2.3 国内对氨基苯酚生产现状
• 1.2.4 选题意义
• 第二章 金纳米粒子的制备及表征
• 2.1 主要的药品试剂及材料
• 2.2 样品制备
• 2.2.1 载体的预处理
• 2.2.2 Au/CS的制备
• 2.2.3 Au/PEI的制备
• 2.3 Au/CS催化剂的表征
• 2.3.1 Au/CS的丁EM表征
• 2.3.2 一系列不同浓度的Au/CS的UV-Vis吸收谱图
• 2.3.3 溶剂对Au/CS的UV-Vis吸收的影响
• 2.4 Au/PEI催化剂的表征
• 2.4.1 PEI的结构示意图
• 2.4.2 Au/PEI催化剂的TEM表征
• 2.4.3 Au/PEI催化剂的制备因素的考察
• 2.4.4 Au/PEI催化剂的UV-vis表征
• 2.5 本章小结
• 第三章 金纳米粒子的催化活性评价测试
• 3.1 Au/CS催化剂的活性测试
• 3.2 以水为反应介质的一系列Au/CS的催化活性
• 3.2.1 3wt%-Au/CS的催化活性
• 3.2.2 2wt%-Au/CS的催化活性
• 3.2.3 1wt%-Au/CS的催化活性
• 3.2.4 0.5wt%-Au/CS的催化活性
• 3.3 以乙醇和水为反应介质的一系列Au/CS的催化活性
• 3.3.1 3wt%的Au/CS在10%乙醇-水介质中的催化活性
• 3.3.2 3wt%的Au/CS在20%乙醇-水介质中的催化活性
• 3.3.3 3wt%的Au/CS在40%乙醇-水介质中的催化活性
• 3.3.4 3wt%的Au/CS在60%乙醇-水介质中的催化活性
• 3.4 滴定法测定对氨基苯酚含量
• 3.5 Au/PEI催化剂的活性测试（UV-Vis测定）
• 3.5.1 用Vc还原的Au/PEI催化剂的活性
• 3.5.2 用水合肼还原的Au/PEI催化剂的活性
• 4还原的Au/PEI催化剂的活性'>3.5.3 用NaBH₄还原的Au/PEI催化剂的活性
• 3.5.4 用柠檬酸钠还原的Au/PEI催化剂的活性
• 3.5.5 用水合肼+柠檬酸钠还原的Au/PEI催化剂的活性
• 3.6 Au/PEI催化剂的活性测试（HPLC法测定）
• 3.7 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢