一種苝醯亞胺納米帶/銀納米粒子複合催化劑的製備方法與流程

2023-05-26 18:36:27

本發明屬於納米材料改性技術領域，涉及一種新型納米複合催化劑的製備方法，具體涉及一種苝醯亞胺納米帶/銀納米粒子複合催化劑的製備方法。

背景技術：

貴金屬由於優異的選擇性、穩定性和高催化活性被廣泛應用於催化領域。在石油化工領域，貴金屬催化劑被用於加氫脫硫和氧化脫氫等多種反應，且均有不錯的催化表現。在環境保護領域，汽車尾氣的淨化、有機物的催化燃燒、co與no的氧化反應等都可使用貴金屬進行催化。銀是一種廣泛存在且價格低廉的貴金屬，同時其對多數還原反應具有較高的催化活性，因此，以銀為基礎開發的催化劑應用廣泛。

貴金屬催化劑的尺寸和表面活性對其催化效率影響較大，當催化劑尺寸達到納米級別後，催化劑暴露比表面積急劇增大，其對反應物的吸附量和吸附速度顯著提高，同時，催化劑表面能提高，有利於其催化活性的改善。因此，將催化劑穩定在納米尺寸將有利於提高其對反應物的吸附和增加其對反應的催化活性。高分子由於性能穩定、表面官能團豐富，通常被選作載體用於負載納米銀催化劑。

苝醯亞胺是一類重要的n型有機半導體，具有非常好的電荷傳輸性能，在有機光電領域具有很大的潛在應用。苝醯亞胺類化合物具有大的平面結構和π-π共軛的電子體系，使得整體分子相較於其他一些具有相同性質的有機分子在熱穩定性、光穩定性和化學穩定性上有更突出的表現。在氨水存在下回流可誘導苝醯亞胺的自組裝形成納米帶結構，它是一類重要的電子傳輸材料，相對於普通高分子基團，其具有較高的載流子遷移率。若以苝醯亞胺納米帶作為載體，不僅可以將銀穩定在納米尺度，還可以提高納米銀自身的催化活性。

技術實現要素：

本發明所要解決的技術問題是提供一種穩定的苝醯亞胺納米帶/銀納米粒子複合催化劑的製備方法。

本發明解決技術問題，採用如下技術方案：

步驟1、以3,4,9,10-苝四甲酸二酐和濃氨水為原料，油浴條件下冷凝回流反應，獲得苝醯亞胺納米帶；

步驟2、稱取40～60mg苝醯亞胺納米帶和0.4～0.6gpvp置於三口燒瓶中，加入20～40ml去離子水並超聲使其分散均勻，然後將三口燒瓶置於30℃水浴鍋中，勻速緩慢攪拌；

步驟3、在步驟2所得溶液中滴加0.5～1ml0.1mol/l的硝酸銀溶液，並在滴加完成後反應3～6h，然後加入0.05～0.1g二乙醇胺，調節水浴溫度至40～60℃，再恆溫反應18～30h；反應結束後收集產品並抽濾成膜，即獲得苝醯亞胺納米帶/銀納米粒子複合催化劑。

優選的，步驟1所述苝醯亞胺納米帶的具體製備方法如下：

稱取10～30mg3,4,9,10-苝四甲酸二酐置於三口燒瓶中，加入50～100ml濃氨水並混合均勻，再於100～140℃油浴鍋中加熱，冷凝回流反應，反應過程中勻速緩慢攪拌以防止瓶中液體暴沸，反應持續5～10h；反應完成後自然冷卻，所得產物經離心清洗、冷凍乾燥，即獲得苝醯亞胺納米帶。

與已有技術相比，本發明的有益效果體現在：

本發明的複合催化劑以苝醯亞胺納米帶作為載體，將銀穩定在納米尺度，提高了納米銀自身的催化活性；本發明所製備的複合催化劑能夠顯著促進4-硝基苯酚的催化，並具有良好的循環性。

附圖說明

圖1為苝醯亞胺納米帶的透射電鏡圖。

圖2為苝醯亞胺納米帶/銀納米粒子複合催化劑的透射電鏡圖。

圖3為苝醯亞胺納米帶/銀納米粒子複合催化劑催化4-np(4-硝基苯酚)的紫外-可見光譜圖。

圖4為苝醯亞胺納米帶/銀納米粒子複合催化劑膜反覆7次催化4-np的循環效果。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例對本發明作詳細說明，本實施例在以本發明技術方案為前提下進行實施，給出了詳細的實施方式和具體的操作過程，但本發明的保護範圍不限於下述的實施例。

實施例1

本實施例按如下步驟合成苝醯亞胺納米帶：

稱取20mg3,4,9,10-苝四甲酸二酐置於250ml三口燒瓶中，用100ml量筒量取100ml濃氨水加入燒瓶中混合均勻，加入磁力攪拌子，於120℃油浴鍋中加熱，冷凝回流反應，調節磁子勻速緩慢攪拌以防止瓶中液體暴沸，反應持續6h；

反應完成後自然冷卻，取出液體，用少量去離子水衝出燒瓶中殘餘樣品，12000r/min離心40分鐘後水洗兩次，將下層固體倒入培養皿並置於冰箱中凍結，之後於凍幹機中進行凍幹處理，即獲得苝醯亞胺納米帶。

圖1為本實施例所得苝醯亞胺納米帶的透射電鏡圖，可以看出產物為納米帶結構，形貌均勻，長度都在幾百納米左右。

實施例2

本實施例按如下步驟製備苝醯亞胺納米帶/銀納米粒子複合催化劑：

(1)稱取50mg實施例1所得苝醯亞胺納米帶和0.5gpvp(聚乙烯吡咯烷酮)置於100ml三口燒瓶中，加入30ml去離子水並超聲使其分散均勻，然後將三口燒瓶置於30℃水浴鍋中，加入磁子，調節轉速使之勻速緩慢攪拌；

(2)在步驟(1)所得的溶液中滴加930μl0.1mol/l的硝酸銀溶液，並在滴加完成後反應反應4h，然後加入0.1gdea，調節水溫至45℃，再恆溫反應24h；反應結束後收集產品並抽濾成膜，即獲得苝醯亞胺納米帶/銀納米粒子複合催化劑。

圖2為本實施例所得複合催化劑的透射電鏡圖，可以看出銀已被還原成粒徑較均勻的納米粒子，並均勻的分布在苝醯亞胺納米帶上。

實施例3

取5ml0.09mol/l新配製的硼氫化鈉溶液，加入5ml4-np(10ppm)，然後逐滴緩慢滴加在實施例2所得複合催化劑的膜上，複合催化劑膜材料置於布氏漏鬥中，並且上下墊有濾紙以阻止催化劑洩露。用紫外分光光度計分別測試通過苝醯亞胺/銀納米粒子複合催化劑膜後的4-np和nabh4溶液，和未反應的原溶液的4-np濃度，通過分光光度計測試4-np吸收峰峰值的變化，以確定催化劑催化效果。

如圖3所示，為苝醯亞胺納米帶/銀納米粒子複合催化劑循環催化4-np的紫外-可見光譜圖(其中，曲線0線表示5ml4-np(10ppm)和5ml0.09mol/lnabh4的混合溶液未通過複合催化劑膜的光譜圖；曲線1線表示5ml4-np(10ppm)和5ml0.09mol/lnabh4的混合溶液通過複合催化劑膜的光譜圖)，可見本發明的複合催化劑有催化對硝基苯酚反應的優異的催化活性。

用同一張苝醯亞胺納米帶/銀納米粒子複合催化劑膜將上述實驗重複7次，以測試膜的循環性。如圖4所示，為苝醯亞胺納米帶/銀納米粒子催化劑膜反覆7次催化對硝基苯酚反應的循環效果，可以發現在反覆循環利用多次後，催化劑膜的催化活性沒有出現降低的現象，反而稍微有些提高，這說明該催化劑具有很好的穩定性且可多次循環利用。

以上僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。