纳米金催化剂的制备、表征及其催化性能的研究

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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。
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