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自从介孔材料问世以来,已经被广泛用于负载各种催化活性组分,在多相催化领域有着广泛的应用。贵金属纳米粒子由于其独特的光、声、电、磁、热尤其是优异的催化活性,一直是研究的热点。因此,介孔材料负载贵金属纳米粒子的可控合成以及催化研究成为多相催化研究领域的一个热点。功能化的磁性纳米粒子可用于磁性分离,因而用作贵金属催化剂的载体,大大节省反应后的分离时间,降低了分离能耗,是一种绿色的分离方法。在磁性纳米粒子上组装贵金属纳米催化剂,组成多功能的复合催化体系,也是目前磁性材料应用研究中的一个热点。本论文的研究工作将围绕制备条件对贵金属纳米粒子在介孔材料以及磁性纳米粒子上的组装展开。主要研究内容如下:
论文第三章,采取多步合成法,通过重复的Machel加成和氨化反应,在介孔SBA-15孔道内嫁接不同代数的PAMAM树状聚合物。利用树状聚合物的氨基官能团,引入Au3+离子,通过NaBH4还原得到Au纳米粒子负载的有机-无机介孔复合材料。探讨了反应物配比、不同代数树状分子对Au纳米粒子的形貌、大小以及组装位置的影响。得到的Au纳米粒子催化剂对芳香醇的氧化具有良好的催化活性,并且催化剂具有良好的循环使用性。
论文第四章,以PAMAM树状分子修饰的SBA-15有机无机复合材料为载体,负载Pt纳米粒子催化剂。通过调节Pd4+与树状分子的摩尔比,可以调节得到的Pt纳米粒子的粒径从1.2 nm增大到2.6nm。负载的Pt纳米粒子催化剂在Fe(CN)63-无机电子转移反应中表现出优异的催化活性,而对于有机的电子转移反应(4-NP与NaBH4)的催化效果略差。催化剂具有比较良好的循环使用性,5次循环使用后,催化活性保持在70%以上。以Fe(CN)63-反应体系为模型,计算了采用不同代数树状分子负载的Pt纳米粒子为催化剂后的反应活化能,讨论了载体结构对所组装的Pt纳米粒子催化活性的影响。
论文第五章,采用LbL层层自组装方法,在SiO2包覆的Fe3O4核壳结构磁性微球表面组装PEI/Au纳米粒子多层膜。球形Au纳米粒子均匀负载在微球表面,其负载量可以通过改变组装的PEI/Au双层数有效控制。这种简易方法制备的Au纳米磁性催化剂,对4-NP的还原具有良好的催化活性,并且便于回收利用,其5次循环使用后保持比较高的催化活性。
论文第六章,利用LbL层层自组装技术,在核壳结构的Fe3O4@SiO2微球表面负载PW12/TH多层膜。可见光下对MO的降解速率达到8.84×10-3 min-1,是负载在石英基片上降解速率的3倍。随着PW12/TH多层膜组装层数的增加,其表现出来的降解MO的催化活性也有所提高,并且其循环使用性也随着层数的增加而提高。磁性载体的使用,方便光催化剂进行回收再利用。这种可磁性分离的多酸光催化剂具有比较良好的循环稳定性。