贵金属纳米复合材料的可控合成及其催化还原4-对硝基苯酚的应用研究

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随着我国工业的快速发展,工业废水中有机污染物的去除受到了极大的关注。其中,对硝基苯酚(4-NP)和硝基芳香化合物具有高毒性,且在自然界难以降解,因此含硝基芳香化合物废水的处理是世界性的技术难题。而4-NP的还原产物4-氨基苯酚(4-AP)具有低毒性、易降解,同时是止痛剂和退热剂的合成中间体。因此,将4-NP加氢还原成4-AP不仅可以解决环境问题,而且可以将垃圾转化为财富,具有重要的商业价值。近几年来,贵金属纳米材料(例如,Pt、Pd、Au、Ag等)由于其优越的催化性能受到了广泛的关注。同时,研究者们也开发了一系列具有较好4-NP催化性能的贵金属催化剂。因此,从提高贵金属材料催化性能的目的出发,我们在贵金属纳米材料与复合材料的可控合成,以及4-NP催化还原方面做出了一些新的探索。本论文主要通过简单一锅湿化学共还原法和溶剂热法,采用不同的结构导向剂(聚乙烯亚胺(PEI)、5-氮杂胞嘧啶、利格列汀),合成了三种不同形貌的贵金属基纳米材料。并将这三种材料应用于催化还原4-NP的反应中。主要内容如下:(1)一锅法制备高枝状的Pt@Ag核壳纳米催化剂及催化还原4-对硝基苯酚的研究采用简单的一锅湿化学共还原的方法制备了高度枝状的Pt@Ag核壳纳米粒子(Pt@Ag NPs),以PEI作为结构导向剂和封端剂。对它们的结构、形态和组成由一系列的技术进行了表征。并对其生长机理进行了详细的探讨。所制备的催化剂对于4-NP的催化还原显示出增强的催化活性,明显优于商业的Pt黑和自制的Ag NPs催化剂。同时,所得的催化剂在不影响催化活性的情况下表现出优异的稳定性。这些结果为催化剂在硝基酚环境修复中的实际应用提供了参考。(2)基于还原石墨烯支撑的高分散AgPd纳米复合材料的可控合成及催化还原4-对硝基苯酚的研究开发了一种简单的一锅共还原的方法,在室温下用5-氮杂胞嘧啶作为表面活性剂,成功制备了氧化还原石墨烯(rGO)负载的AgPd纳米簇复合材料。并对该复合材料进行了一系列的物理表征,也详细讨论了该材料的合成机理和催化机理。此外,与商业的Pd/C(20 wt%)对照,室温在NaBH4的存在下,所制备的AgPd NCs/rGO对4-NP还原显示出极好的催化性能和稳定性。(3)N-掺杂石墨烯负载PtCo纳米枝晶的可控合成及其催化还原4-对硝基苯酚的研究采用简单的溶剂热法制备了N-掺杂rGO负载的均匀分散的PtCo纳米枝(PtCo NDs/N-rGO),其中乙二醇(EG)作为还原剂和溶剂,利格列汀作为结构导向剂,稳定剂和掺杂剂。对照研究表明,利格列汀的剂量和两种金属前体的比例对于形貌的可控合成具有重要的作用。与Pt1Co3 NCs/N-rGO,Pt3Co1NCs/N-rGO和商业Pt/C催化剂相比,PtCo NDs/N-rGO纳米复合材料对还原4-NP表现出更高的催化活性。同时,该催化剂在不破坏催化活性的情况下表现出优异的稳定性,在还原催化4-NP的实践中显示出很好的应用前景。
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