[发明专利]一种磁性聚苯胺基贵金属纳米催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及纳米材料的生产技术领域，具体涉及磁性聚苯胺基贵金属纳米催化剂的制备方法。

背景技术

贵金属纳米粒子，由于其独特的光学以及电学性质，在电子、催化、纳米和生物技术等领域有着诸多的应用。特别是金、钯、铂等纳米粒子，在有机催化反应中的应用一直是研究的焦点。

小粒径的贵金属纳米粒子具有较大的比表面积从而具有相对较高的催化活性。但小粒径贵金属纳米粒子具有相对较高的表面能导致易团聚变形从而失去催化活性和选择性。催化剂载体可有效减小贵金属纳米粒子的表面能从而维系和提高其在催化反应中的稳定性和循环性，其中以聚苯胺负载贵金属纳米催化剂及其在催化剂领域的基础及应用研究尤为显著。人们主要通过聚苯胺表面的功能化基团直接吸附贵金属纳米粒子，或利用聚苯胺自身的氧化还原活性还原贵金属离子得到贵金属纳米粒子，进而得到聚苯胺负载型贵金属纳米催化剂。与此同时，由于贵金属纳米催化剂的小尺寸，很难从反应液中分离回收贵金属纳米粒子，无法实现催化剂的循环使用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高活性、易回收磁性聚苯胺基贵金属纳米催化剂的制备方法。

本发明先采用溶剂热法制备表面羧基化的四氧化三铁颗粒，再通过超声辅助原位聚合法在表面羧基化的四氧化三铁颗粒的表面包裹聚苯胺，最后通过原位还原法制备磁性聚苯胺基贵金属纳米催化剂。

具体的制备方法为：

1）将三氯化铁、丙烯酸钠、无水乙酸钠和乙二醇混合，经磁力搅拌至溶液呈澄清透明的亮黄色后，转移至反应釜中，于200℃下反应至结束，再将反应后混合体系冷却后，经乙醇、水洗涤，取固相在50℃条件下烘干，即得表面羧基化的四氧化三铁颗粒；将表面羧基化的四氧化三铁颗粒制成粉末；

2）将表面羧基化的四氧化三铁粉末和聚乙烯吡咯烷酮（PVP）（K30）分散于去离子水中，超声处理后，再加入苯胺单体和浓盐酸，常温下机械搅拌均匀后，再加入去离子水继续超声1h，加入过硫酸铵（APS）的水溶液，超声辅助下反应至结束，然后将反应生成物分散于去离子水中，形成Fe₃O₄@PANI的水溶液；

3）在超声条件下，将Fe₃O₄@PANI水溶液分散于去离子水中，再加入贵金属盐，冰浴反应8～12小时后，经磁性分离，即磁性聚苯胺基贵金属纳米催化剂。

本发明制备的磁性聚苯胺载体可简便引入多种贵金属粒子，制备出多种磁性聚苯胺基贵金属纳米催化剂。该催化剂具有较好的磁分离效果，利于回收和循环使用，在催化等领域有着重要的应用价值。

所述三氯化铁、丙烯酸钠、无水乙酸钠和乙二醇混合时投料比为27g︰75g︰75g︰1000ml。此投料比制备出单分散、粒径较均一且表面富集羧酸根的四氧化三铁纳米颗粒。

所述表面羧基化的四氧化三铁粉末和聚乙烯吡咯烷酮K30、苯胺单体、浓盐酸、过硫酸铵水溶液中过硫酸铵的混合比为100mg︰500mg︰60mg︰250ul︰3g。此投料比下制备的核壳材料，聚苯胺在四氧化三铁表面聚合包覆，无聚苯胺自主成核的发生，控制反应时间表面包覆均匀、厚度可控的聚苯胺壳层，无聚苯胺交联现象的发生。

所述贵金属盐可以选自氯金酸、氯化钯或硝酸银。

附图说明

图1是实施例1制备得到的磁性聚苯胺基纳米金催化剂的TEM照片，标尺为50 nm。

图2是实施例2制备得到的磁性聚苯胺基纳米钯催化剂的TEM照片，标尺为50 nm。

图3是实施例3制备得到的磁性聚苯胺基纳米银催化剂的TEM照片，标尺为100nm。

具体实施方式

下面通过实施例对本发明作进一步说明。

实施例1

（1）制备表面羧基化的四氧化三铁颗粒：

称取0.54g三氯化铁、1.5g丙烯酸钠、1.5g无水乙酸钠加入50ml锥形瓶中，加入20ml乙二醇，磁力搅拌2小时以上至溶液呈澄清透明的亮黄色，转移至反应釜中， 200℃下反应10h以上，待冷却至室温后，以乙醇、水分别洗涤三次，50℃下烘干，再粉碎制成表面羧基化的四氧化三铁粉末。

（2）制备聚苯胺包覆的四氧化三铁纳米粒子：