温度响应性配位聚合物稳定的金纳米杂化材料的构筑及其在催化方面的应用

发布时间：2018-03-29 18:03

本文选题：金纳米粒子　切入点：温度响应性聚合物　出处：《东北师范大学》2017年硕士论文

【摘要】：纳米杂化材料由于可以集多种材料的性能于一体,因此在光电、生物医药、能源、环境和催化等领域引起了科研工作者的极大兴趣。金纳米粒子由于其特殊的性质也被广泛地引入到纳米杂化材料当中。而众所周知金纳米粒子的主要问题之一是其在溶液介质中的胶体稳定性。经过大量研究表明,利用聚合物来稳定金纳米粒子的方法,可以有效提高金纳米粒子在溶液中的胶体稳定性。金纳米粒子杂化材料是将金纳米粒子上修饰不同的材料,利用它们之间可能存在的协同作用,提高纳米杂化材料现有性能、赋予其新的性质并改进材料某些性质上的不足,从而在实际应用中发挥更大的作用。近年来将氧化石墨烯、磁性Fe_3O_4材料与金纳米粒子复合构筑的纳米杂化材料更是备受大家青睐,而近年来受到广泛关注的“环境响应性”材料也被应用到纳米杂化材料的合成中。“环境响应性”材料是指一类能够对外界刺激(温度、pH、磁场、光照等)做出智能响应从而改变自身的物理或化学性质的材料。这类材料无论在性能还是实际应用方面都具有很好的应用前景。本论文选择金纳米微粒为构筑基元之一,利用具有配位作用的含环硫单元的热响应聚合物大分子配体为稳定剂,并集成还原氧化石墨烯和磁性Fe_3O_4材料于一体,旨在构筑一类组装形态可控、具有热敏响应以及可循环利用的多功能集成的新型金纳米杂化材料体系并研究其在催化方面的应用。本论文的主要研究内容包括以下两个部分工作:一、首次采用可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)方法将含有环硫官能团的甲基丙烯酸环硫丙酯(ETMA)和具有热敏性质的异丙基丙烯酰胺(NIPAM)以及水溶性的聚乙二醇甲基丙烯酸酯(PEGMA)共聚制备了温敏性嵌段共聚物P(NIPAM-co-ETMA)-b-P(PEGMA)(P),并研究了它们的胶束组装行为。以嵌段聚合物中的环硫基团为配体,通过原位(in-situ)还原法在配位胶束中制备了不同尺寸和形貌的金纳米微粒(Au NPs@P)。我们还探究了聚合物对原位合成金纳米微粒的尺寸和形貌的影响,并以NaBH4还原对硝基苯酚为模型反应探究所构筑的Au NPs@P杂化材料的催化性能。主要研究了金纳米粒子的尺寸效应、还原剂和催化剂的用量对催化反应的影响。结果表明大分子配体P的引入改善了Au NPs@P杂化催化剂的稳定性,对NaBH4还原对硝基苯酚的反应表现出优异的催化活性,并且催化活性随着杂化催化剂中Au NPs尺寸的增大而提高。此外,所利用的热敏性大分子配体还赋予金纳米微粒在催化还原硝基苯酚时具有热“开关”的智能可控特性。二、发展了一种用于有机催化反应的温度响应性聚合物功能化的还原氧化石墨烯(RGO)@Fe_3O_4@Au NPs磁性纳米复合材料(Au NPs@GFDP)的构筑新方法。我们首先通过一步法化学合成了RGO/超顺磁性Fe_3O_4纳米粒子杂化材料(RGO@Fe_3O_4),然后利用贻贝灵感化学通过多巴胺在弱碱性水溶液中的自聚合在RGO@Fe_3O_4表面修饰上聚多巴胺(PDA)层得到RGO@Fe_3O_4@PDA复合物(GFD)。我们还利用可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)法合成了含有环硫官能团的甲基丙烯酸环硫丙酯(ETMA)和具有热敏性质的异丙基丙烯酰胺(NIPAM)的共聚物配体P(NIPAM-co-ETMA)(P),然后通过简单的迈克尔加成反应(Michael addition reaction)成功地将共聚物接枝到GFD表面(GFDP)。最后利用共聚物中的环硫基团作为配体,通过在GFDP的溶液中原位还原HAuCl4构筑了Au NPs/GFDP纳米杂化材料(Au NPs@GFDP)。Au NPs@GFDP在水溶液中表现出优异的分散性和稳定性。我们研究了Au NPs@GFDP对不同硝基苯酚的催化还原实验。结果表明:Au NPs@GFDP作为催剂在NaBH4还原硝基苯酚的反应过程中展现了较高的催化性能;更重要的是,由于磁性Fe_3O_4纳米颗粒的存在使得Au NPs@GFDP纳米杂化材料很容易进行磁性分离回收和循环利用,并且催化剂的重复利用的效率较理想。由于Au NPs@GFDP催化剂表面带有温敏性的PNIPAM链段,因此在硝基苯酚的催化还原过程中表现出较好的温度响应行为。本工作所发展的构筑温度响应性纳米杂化材料的方法对于各种工业催化具有潜在的应用价值。
[Abstract]:Nano - hybrid materials have been widely used in the synthesis of nano - hybrid materials because of their special properties .

【学位授予单位】：东北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：O643.36;TB383.1

【参考文献】