[发明专利]一种导电高分子/贵金属复合纳米环、制备方法及应用

说明书

技术领域

本发明属于一定形貌纳米材料制备技术领域，具体涉及一种导电高分子/贵金属复合纳米环、其利用软模板的制备方法及其在硝基化合物还原催化方面的应用。

背景技术

纳米材料因其独特的物理、化学性质已成为当今材料领域的研究热点。在影响纳米材料性质的诸多因素中，尺寸、结构和形貌占据着极其重要的位置。科学家们一直致力于研究各种制备方法以使得到的材料具有预期的性质。其中，模板法可以有效控制所合成纳米材料的尺寸、结构和形貌，因而成为目前制备纳米材料的一种重要手段。

根据模板的自身特点，又可分为软模板和硬模板两种，两者都能提供有限大小的反应空间。对比而言，前者的优势在于能够提供处于动态平衡的空腔，物质可以透过腔壁扩散进出，而后者提供的是静态的孔道，物质只能从开口处进入孔道。所谓“软模板”法，就是指以分子有序组合体，包括胶束、反胶束、微乳液、凝胶、液晶等为模板来调控合成具有对应形貌的材料的方法。表面活性剂通常用来构建各种分子有序组合体，具体又分为阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂和非离子表面活性剂。从维系模板的作用力而言，这类模板是通过分子间或分子内的弱相互作用而形成一定空间结构特征的簇集体。这种簇集体具有明显的结构界面，正是通过这种特有的结构界面使其分布呈现特定的趋向，从而获得特异结构的纳米材料。

目前，通过软模板法在纳米材料的形貌调控上已经取得了一定的研究进展，然而，大多数的研究制备出的纳米结构为纳米球、纳米线等，对于纳米环结构的研究很少。

发明内容

本发明的目的是提供一种导电高分子/贵金属复合纳米环、其利用软模板的制备方法及其在硝基化合物还原催化方面的应用。

我们通过软模板法，在水溶液中一步制备了一种新型的导电高分子/贵金属复合纳米环。这种方法的创新性在于以阳离子表面活性剂与贵金属化合物来构建模板，一步法制备了具有环状结构的复合纳米材料。这种材料的创新性在于贵金属纳米粒子均匀的镶嵌在环状结构的导电高分子基底中，整体以纳米环的形貌存在。该方法简单易行，生产成本低。

一种软模板法一步制备导电高分子/贵金属复合纳米环的方法，其步骤如下：

A.将55～220mg十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)溶于15～60mL去离子水中；取35～140mg贵金属化合物溶于1～4mL去离子水中；室温和搅拌条件下，将上述贵金属化合物的去离子水溶液缓慢滴加到CTAB去离子水溶液中，滴加完毕后继续搅拌5～10min；

B.将步骤A得到的混合液置于85～95℃条件下搅拌5～10min，取15～60μL聚合物单体在搅拌条件下快速加入到该混合液中，继续在85～95℃条件下搅拌反应6～12h；

C.反应结束后，将产物离心分离，用水和乙醇分别洗涤，从而得到导电高分子/贵金属复合纳米环。

本发明所述的导电高分子/贵金属复合纳米环可以在硝基化合物(对硝基苯酚或对硝基苯胺)还原催化方面得到应用。具体是将本发明制备的复合纳米环超声分散到水中配制成浓度为1.0～3.0mg/mL的水分散液；在1～5mL水中加入10～50μL、5～10mM硝基化合物水溶液，10～50μL、0.1～1M硼氢化钠水溶液，然后加入5～50μL上述水分散液，从而实现对硝基化合物(对硝基苯酚或对硝基苯胺)的还原催化，同时利用紫外吸收光谱监测反应进度。

步骤A中的贵金属化合物为四氯钯酸钠(Na₂PdCl₄)、氯铂酸(H₂PtCl₆)或四氯亚铂酸钾(K₂PtCl₄)；步骤B中聚合物单体为吡咯(Py)、苯胺(An)或3,4-乙撑二氧噻吩(EDOT)。

本发明中所用的十六烷基三甲基溴化铵可从中国惠世生化试剂有限公司购得，贵金属化合物和聚合物单体可从阿拉丁试剂(中国)有限公司购得。

以Na₂PdCl₄和Py为例，本发明的机制可作如下理解：