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贵金属纳米催化剂以其催化反应普适性广、催化活性高、选择性强、稳定性好等特点在化学品合成、生物催化、能源与环境等领域有着广泛的应用。将磁性纳米粒子(如Fe3O4纳米粒子)引入到贵金属纳米催化剂体系中,构建贵金属-Fe3O4双面结构纳米催化剂近年来引起研究者极大的兴趣:一方面,Fe3O4组分的引入赋予贵金属纳米催化剂磁分离特性;另一方面,贵金属-Fe3O4双面结构形成的界面有助于提升贵金属纳米催化剂的催化活性。然而,由于贵金属-Fe3O4双面结构纳米催化剂表面能高、磁性组分相互吸引等原因,导致其存在易团聚、稳定性差、使用寿命短等问题。因此,在保证贵金属-Fe3O4双面结构纳米催化剂的磁分离特性和高催化活性的前提下,通过合理结构设计改善其易团聚和稳定性差的缺点,将有助于推动贵金属-Fe3O4双面结构纳米催化剂的高性能应用。基于此,本文将蛋黄@蛋壳结构引入到贵金属-Fe3O4双面结构纳米催化剂体系中,构建了贵金属-Fe3O4@介孔碳蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂。介孔碳壳层的引入有效解决了贵金属-Fe3O4双面粒子的团聚问题,且极大的提高了贵金属-Fe3O4双面粒子稳定性。此外,蛋黄@蛋壳结构的引入有助于构造贵金属-Fe3O4双面粒子催化反应的微环境,有利于实现高效催化。具体而言,本文以贵金属-Fe3O4双面粒子为核、氮掺杂介孔碳(N-Carbon)为壳,分别制备了 Au-Fe3O4@N-Carbon、Pt-Fe3O4@N-Carbon 以及PtFe-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂。通过透射电子显微镜(TEM)、高分辨透射电子显微镜(HR-TEM)、紫外-可见(UV-Vis)吸收光谱、氮气吸附-脱附、X-射线衍射(XRD)、拉曼(Raman)光谱、X-射线光电子能谱(XPS)等手段对材料的结构和性能进行表征,选取4-硝基苯酚(4-NP)还原、β-紫罗兰酮选择性氧化以及二苯甲醇氧化等催化反应考察催化剂材料的催化活性。(1)以亲水性Au-Fe3O4双面粒子为核,依次包裹SiO2以及聚多巴胺壳层,经过高温碳化以及SiO2模板去除等后处理成功合成了 Au-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂。通过改变正硅酸四乙酯(TEOS)硅源的加入量调控SiO2壳层厚度,可以实现Au-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构空腔尺寸的有效调控。通过TEM、HRTEM、XRD、Raman、XPS、氮气吸附-脱附等手段表征了产物的形貌和结构,氮气吸附-脱附结果表明Au-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构具有较高的比表面积(345 m2 g-1)。以4-NP液相还原反应为模型催化反应,通过UV-Vis光谱表征催化反应过程的动力学。结果表明,与Au纳米粒子、Au-Fe3O4双面结构以及Au@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂相比较,Au-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂表现出最佳的催化反应活性(k=0.119 min-1)。此外,Au-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂表现出良好的磁分离回收效果以及循环利用性能。进一步考察了催化剂在β-紫罗兰酮选择性氧化反应以及二苯甲醇氧化中的性能,Au-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂均表现出最优的催化活性(产率分别为53%和100%)。(2)为拓展含双面粒子的蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂合成方法的普适性,进一步选取亲水性Pt-Fe3O4双面粒子为核通过类似的合成方法成功合成了Pt-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂。Pt-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构空腔尺寸亦可以通过改变SiO2壳层厚度有效调控。通过TEM、HRTEM、XRD、Raman、XPS、氮气吸附-脱附等手段表征了产物的形貌和结构,氮气吸附-脱附结果表明Pt-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构具有较高的比表面积(370 m2 g-1)。与Pt纳米粒子、Pt-Fe3O4双面结构以及Pt@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂相比较,在4-NP还原(k=0.123 min-1)、β-紫罗兰酮选择性氧化(产率57%)以及二苯甲醇氧化(产率100%)等催化反应中,Pt-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂表现出最佳的催化反应活性。此外,Pt-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂亦表现出良好的磁分离回收效果以及循环利用性能。(3)为进一步提升催化性能以及降低贵金属的负载量,以亲水性PtFe-Fe3O4双面粒子为核,成功合成了 PtFe-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂。通过TEM、HRTEM、XRD、Raman、XPS、氮气吸附-脱附等手段表征了产物的形貌和结构,氮气吸附-脱附结果表明PtFe-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构具有较高的比表面积(387 m2 g-1)。与PtFe纳米粒子、PtFe-Fe3O4双面结构以及PtFe@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂相比较,在4-NP还原(k=0.320 min-1)、β-紫罗兰酮选择性氧化(产率64%)以及二苯甲醇氧化(产率100%)等催化反应中,PtFe-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂表现出最佳的催化反应活性。此外,与Au-Fe3O4@N-Carbon以及Pt-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂相比较,PtFe-Fe3O4@N-Carbon蛋黄@蛋壳结构纳米催化剂表现出更为优异的催化反应活性。