細(xì)菌纖維素負(fù)載金納米粒子催化劑的制備及催化性能研究.pdf

1、近年來(lái)，金納米粒子（AuNPs）因?yàn)榫哂歇?dú)特的量子尺寸效應(yīng)、表面效應(yīng)、體積效應(yīng)及宏觀量子隧道效應(yīng)，在光電學(xué)、傳感器、生物醫(yī)藥和基因傳遞等領(lǐng)域具有廣泛的潛在應(yīng)用，除此之外，AuNPs更是目前最具有發(fā)展前景的催化劑之一，可廣泛應(yīng)用于CO氧化反應(yīng)、C-C偶聯(lián)反應(yīng)和氮氧化物還原反應(yīng)等。然而，由于 AuNPs尺寸極小，具有很大的比表面能，長(zhǎng)期放置或處于高溫狀態(tài)下易造成粒子間的不可逆團(tuán)聚，這極大地降低了 AuNPs的催化活性。因此，尋找合適的載體來(lái)

2、固定AuNPs，使其具有較高的催化活性，是當(dāng)下研究的一個(gè)熱點(diǎn)。細(xì)菌纖維素（BC）是一種天然的高結(jié)晶度、高純度的納米纖維材料，具有超高比表面積和超精細(xì)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，同時(shí)纖維表面含有大量的羥基，可輕易進(jìn)行化學(xué)改性，因此BC十分適合作為負(fù)載金屬納米粒子的載體。本論文以細(xì)菌纖維素為基材制備了兩種催化劑，分別為細(xì)菌纖維素膜負(fù)載金納米粒子催化劑以及氧化細(xì)菌纖維素納米纖維負(fù)載金納米粒子催化劑，并對(duì)它們作為催化劑在硼氫化鈉（NaBH4）還原對(duì)硝基苯酚（4-

3、NP）反應(yīng)中的催化性能進(jìn)行了研究。具體工作如下：
　?。?）以BC為載體，氯金酸（HAuCl4）為金前驅(qū)體，通過(guò)原位還原法制備了細(xì)菌纖維素膜負(fù)載金納米粒子（AuNPs/BC）催化劑。采用UV-Vis、TEM、XRD、ICP-AES和FT-IR對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行表征。通過(guò)4-NP催化還原反應(yīng)來(lái)評(píng)價(jià)AuNPs/BC催化劑的催化活性。研究結(jié)果表明，催化劑中活性組分AuNPs的粒徑大小為5.30±1.23 nm，其形狀規(guī)則，沒(méi)有團(tuán)聚

4、現(xiàn)象發(fā)生。AuNPs在BC上的負(fù)載量可通過(guò)調(diào)控HAuCl4溶液的濃度來(lái)進(jìn)行控制。AuNPs/BC催化劑在催化還原4-NP實(shí)驗(yàn)中表現(xiàn)出較高的催化效率，其反應(yīng)速率常數(shù)為5.09×10-3 s-1，轉(zhuǎn)換頻率為64 h-1。此外催化劑的量、還原劑的量以及體系反應(yīng)溫度都對(duì)催化劑的催化效率有一定的影響。AuNPs/BC催化劑具有很好的重復(fù)使用穩(wěn)定性，在循環(huán)利用6次之后，仍然能夠保持較高的催化活性。
　　（2）采用TEMPO/NaBr/NaCl

5、O體系對(duì)BC進(jìn)行化學(xué)改性得到了單根分散的氧化細(xì)菌纖維素納米纖維（TOBCNs），并通過(guò)原位還原法成功制備了氧化細(xì)菌纖維素納米纖維負(fù)載金納米粒子(AuNPs/TOBCNs)催化劑。采用 UV-Vis、TEM、HRTEM以及 XRD對(duì)催化劑的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)進(jìn)行表征。通過(guò)4-NP催化還原反應(yīng)評(píng)價(jià)AuNPs/TOBCNs催化劑的催化性能。研究結(jié)果表明，TOBCNs表面的羧基能夠?qū)uNPs固定在纖維表面，防止其團(tuán)聚，使AuNPs保持高的分散性和較小

6、的粒徑，其平均粒徑為4.30±0.97 nm。同時(shí)AuNPs粒徑大小和在TOBCNs上的分布受體系pH值和TOBCNs濃度的影響。AuNPs/TOBCNs催化劑在4-NP還原反應(yīng)中表現(xiàn)出非常高的催化活性，其反應(yīng)速率常數(shù)為6.75×10-3 s-1，轉(zhuǎn)換頻率TOF為750 h-1，較之AuNPs/BC的TOF值64 h-1高出11.7倍，同時(shí)比一些最近報(bào)道的AuNPs催化劑體系高1.2~1000倍。此外，催化劑的量、還原劑的量、反應(yīng)溫度以