文献类型：学位论文

中文题名：以球形聚电解质刷为纳米反应器制备纳米金属颗粒及其催化性能

作者：朱忠明[1];

机构：[1]华东理工大学;

导师：郭旭虹;华东理工大学

授予学位：硕士

语种：中文

中文关键词：纳米球形聚电解质刷;纳米反应器;纳米镍;纳米银;催化

摘要：纳米金属颗粒由于具有高比表面积,能展示出与其本体材料不一样的优异特性,尤其是在催化领域。目前,负载型金属催化剂在石油化工、油品加工、精细化工和环境污染治理领域占主导地位。因此,关于这方面的研究一直备受关注和重视。纳米球形聚电解质刷(Spherical Polyelectrolyte Brush简称SPB)是指聚电解质分子一端以极高的接枝密度连接于球形表面或界面而形成的一种具有核-壳结构的高分子组装纳米结构。在聚电解质的静电作用和Donnan效应的作用下,SPB的内部微环境(如：pH值、反离子浓度等)会明显不同于其外部环境,而且外侧聚合物链的伸展程度又能由外部条件如温度、pH值和离子浓度等控制。这就为制备可控的纳米器件,纳米金属复合粒子,纳米尺寸的酶载体开辟了一条新途径。 本文首先制备了以聚苯乙烯为核,聚丙烯酸为聚电解质刷壳层的一种微粒,然后采用该SPB作为纳米反应器制备不同粒径大小及分布的纳米镍,并采用对硝基苯酚还原这一模型反应来研究纳米镍复合颗粒的催化性能。同时,也采用了该SPB作为纳米反应器制备了不同粒径大小的纳米银,采用对硝基苯酚和邻硝基苯酚还原这两个反应来研究纳米银复合颗粒的催化性能,并比较了纳米银与纳米镍对催化还原对硝基苯酚的催化性能。最后,合成了大粒径的聚电解质刷,并作为纳米反应器制备了纳米银,研究了其催化性能,为开发更具有实际应用价值的大粒径纳米银催化剂奠定了基础。 全文主要工作和相应结论如下： 1.首次以纳米球形聚电解质刷作为纳米反应器成功制备粒径大小及分布可控的纳米镍；在30℃下合成的纳米镍粒径为7.5 nm,粒径分布较宽；在0℃下合成的纳米镍粒径在3.4 nm,粒径分布窄。将该复合颗粒应用于催化还原对硝基苯酚反应时表现出较高的催化性能,催化活性随纳米镍的浓度的增大而增大,随反应温度的升高而增大。通过动力学数据的一级反应动力学方程拟合得到在该体系下的反应活化能Ea=41.7kJ/mol,指前因子A=1.56×104s-1和反应熵△S=80.3 J/(mol×K)。 2.采用纳米球形聚电解质刷作为纳米反应器成功制备出粒径可控且单分散性良好的纳米银,即在0℃,30℃和60℃下合成的纳米银的粒径大小分别为2.5 nm,2.8 nm和3.1 nm。同时,该纳米银能对催化还原对硝基苯酚和邻硝基苯酚都表现出较高的催化性能。纳米银对催化还原对硝基苯酚的催化活性随着纳米银的浓度的增大而增大,随着反应温度的升高而增大。对于这两种催化反应体系,在相同的温度下,催化还原邻硝基苯酚所得的反应速率常数均大于催化还原对硝基苯酚时所得的速率常数,这说明了纳米银相对来说能更快的催化还原邻硝基苯酚。采用纳米银催化对硝基苯酚时所得的反应活化能Ea=59.5 kJ/mol,指前因子A=2.85×107s-1,反应熵(?)S=142.7J/(mol×K)；相比之下,纳米镍对催化还原对硝基苯酚表现出更高的催化性能。 3.采用乳液聚合方法制备了300 nm左右的包覆有光引发剂的聚苯乙烯核,并且在此基础上制备了粒径在700 nm左右的大粒径的聚电解质刷。采用透射电子显微镜观察其微观形态,能清晰地看到聚苯乙烯微球的结构。合成的聚电解质刷同样具有盐效应及良好的pH值响应性。采用该聚电解质刷作为微反应器,成功制备了纳米银并对催化还原对硝基苯酚表现出良好的催化性能。