Ag/多孔SiO2/聚合物复合材料的制备、表征及其催化性能研究

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聚合物/无机复合纳米粒子兼具聚合物和无机材料的优异性能,具有优良的机械性能,热稳定性,耐磨性及生物降解性,因此在许多领域都有广泛应用。在近几年的研究中,温敏改性的二氧化硅材料备受关注。介孔二氧化硅纳米粒子兼具介孔材料和纳米材料的性质,其具有高比表面积,大孔容,形貌粒径可控等优点。本文中制备了SiO2@PNIPAM复合材料和核壳结构的介孔二氧化硅材料,之后在此基础上,分别对两种材料进行了银纳米粒子的负载掺杂改性,并研究了改性后复合材料的催化性能。主要研究内容如下:(1)本文中首先研究了SiO2@PNIPAM复合纳米粒子的制备,通过TEOS和APTES的双水解得到了表面改性的SiO2-NH2纳米粒子,之后以SiO2-NH2为基底包覆聚合物PNIPAM,在此过程中通过考察溶液pH值,反应温度以及加入PNIPAM的量,得到了形貌规整,分散度高的SiO2@PNIPAM复合纳米粒子。(2)在SiO2@PNIPAM复合粒子基体上,以AgNO3为前驱体,通过化学还原法制备Ag/SiO2@PNIPAM复合纳米粒子。此过程的三种实验方法中,通过改变添加还原剂的时间,硝酸银浓度,还原时间以及还原剂种类,最终得到了最佳的反应条件,这样制得的Ag/SiO2@PNIPAM复合纳米粒子形貌最好,负载的银纳米粒子粒径均匀,分散均匀且不团聚,而且对对硝基苯酚还原反应的催化效果最为显著。(3)本文通过溶胶-凝胶法制备了具有核壳结构的介孔SiO2纳米粒子,实验过程中以无水乙醇为溶剂,表面活性剂CTAB为模板剂,TEOS为硅源,氨水为反应的催化剂。通过改变滴加TEOS的量,添加NHH2O的量以及陈化时间,得到了最优的实验条件,得到的核壳结构介孔SiO2纳米粒子的分散度较好,形貌规整,核内部有规则的孔道结构,且壳层孔道趋于无定型,其比表面积为536.3m2/g,孔体积为1.3cm3/g,孔直径为2.2nm。(4)以核壳结构的介孔SiO2纳米粒子为基体,在三种不同的pH条件下用水热法合成Ag/SiO2复合材料,得到了催化效果较好的催化剂。在pH=11.7时制备的Ag/SiO2催化剂对PNP还原反应的催化效果最好,整个过程仅需10min就可以完成,但是制备的Ag/SiO2复合材料中,介孔SiO2原本的球形结构完全坍塌,也不存在孔道结构。(5)以核壳结构的介孔SiO2纳米粒子为基体,以四种不同浓度的AgNO3溶液为前驱体,以柠檬酸三钠为还原剂,原位还原得到了介孔Ag/SiO2复合纳米粒子,介孔硅孔道内部和基体表面均有银纳米粒子附着。催化剂对PNP还原反应的结果表明,当AgNO3浓度为0.1mol/L时,得到的催化剂的催化性能最好,反应仅需要18min就可以基本结束,而并非AgNO3浓度越高得到的催化剂催化效果越好。
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