MIL-101负载Ni@Pd核壳纳米粒子催化芳香硝基类化合物加氢

金属有机骨架(MOFs)材料是一种新型的沸石类多孔材料,是由金属离子和有机配体通过配位键键合而成的拓扑结构.相比其他多孔材料,MOFs拥有更高的比表面积、孔隙率以及结构可调控性.在催化方面,MOFs复合材料在多相催化领域已经引起了广泛的研究兴趣.贵金属纳米颗粒是一种在化学、化工、生物和医学等许多领域有着广泛应用的高性能材料.但是,催化反应往往都是发生在纳米颗粒的表面,而位于颗粒内部的金属没能得到利用;从原子经济性的角度来看,以廉价金属作核、贵金属作壳的双金属纳米粒子能有效解决这个问题,而且还能利用双金属之间的协调作用.目前文献中也已经报道了多种非贵金属和贵金属组成的核壳双金属纳米粒子,都展现出了比单纯贵金属更好的催化活性.芳香胺类化合物是一种在工业上非常重要的有机中间体,广泛应用于农药、药物、染料和色素等等.目前,商业化生产的芳香胺化合物都是通过计量的还原剂,如连二硫酸钠、硼氢化钠、水合肼和氨水中的铁、锡、锌等非催化还原相应的芳硝基化合物得到,这样往往会带来严重的环境污染问题.而通过多相催化加氢还原方法来制备芳香胺化合物,不仅能高效催化芳硝基化合物加氢,而且催化剂可以回收利用,大大降低反应对环境的污染.本文综合贵金属原子经济观点和芳硝基类化合物加氢反应催化剂设计,在油胺和三正辛基膦中通过热还原二价的镍和钯,制备出以Ni为核Pd为壳的双金属纳米粒子.通过透射电镜观察,镍钯核壳纳米粒子的粒径约为8-9 nm.选用具有高比表面积和高稳定性的金属有机骨架材料MIL-101作为载体,通过浸渍法首次将镍钯核壳纳米粒子负载在MIL-101上制备出不同Ni:Pd比的Ni@Pd/MIL-101复合材料.利用X射线粉末衍射(XRD)、N2吸附-脱附、红外光谱、透射电子显微镜和X射线能谱对复合材料结构进行了表征.从XRD谱图能看出负载纳米粒子后的MIL-101材料结构依然保持完整,表明催化剂制备过程不会破坏载体结构.红外光谱测试结果表明,负载了镍钯纳米粒子的Ni@Pd/MIL-101复合材料中含有两种C-H键伸缩振动2852和2926 cm-1处两个特征峰,分别对应于-CH2-和-CH3中C-H键的特征吸收峰,可能是残留的油胺,也可能是三正辛基膦在与镍和钯形成配合物时的残留.X射线能谱测试发现,N元素在负载后已不存在,而P元素依旧存在,结合红外光谱可以确认,纳米粒子在负载前后三正辛基膦依然与纳米粒子稳定络合,进而可被MIL-101上未饱和的Cr固定.通过透射电镜可以观察到镍钯核壳纳米粒子高度分散在载体上.将Ni@Pd/MIL-101材料应用于硝基苯催化加氢反应.在30℃,0.1 MPa H2条件下,0.26％ Ni@0.46％Pd/MIL-101催化剂具有最高的加氢活性,其转换频率(TOF)值最高可达375 h-1,是单金属负载钯催化剂的近2倍,展示出非贵金属替代部分贵金属的可行性.在循环使用方面,重复使用5次后的Ni@Pd/MIL-101催化剂依然保持较高的催化活性和选择性.同时考察了底物的兼容性,该催化体系对多种不同基团(包括不饱和基团)取代的硝基苯化合物的催化加氢,大都表现出很高的催化活性和选择性,TOF值最高可达495 h-1.     

MIL-101负载Ni@Pd核壳纳米粒子催化芳香硝基类化合物加氢（英文）

金属有机骨架(MOFs)材料是一种新型的沸石类多孔材料,是由金属离子和有机配体通过配位键键合而成的拓扑结构.相比其他多孔材料,MOFs拥有更高的比表面积、孔隙率以及结构可调控性.在催化方面,MOFs复合材料在多相催化领域已经引起了广泛的研究兴趣.贵金属纳米颗粒是一种在化学、化工、生物和医学等许多领域有着广泛应用的高性能材料.但是,催化反应往往都是发生在纳米颗粒的表面,而位于颗粒内部的金属没能得到利用;从原子经济性的角度来看,以廉价金属作核、贵金属作壳的双金属纳米粒子能有效解决这个问题,而且还能利用双金属之间的协调作用.目前文献中也己经报道了多种非贵金属和贵金属组成的核壳双金属纳米粒子,都展现出了比单纯贵金属更好的催化活性.芳香胺类化合物是一种在工业上非常重要的有机中间体,广泛应用于农药、药物、染料和色素等等.目前,商业化生产的芳香胺化合物都是通过计量的还原剂,如连二硫酸钠、硼氢化钠、水合肼和氨水中的铁、锡、锌等非催化还原相应的芳硝基化合物得到,这样往往会带来严重的环境污染问题.而通过多相催化加氢还原方法来制备芳香胺化合物,不仅能高效催化芳硝基化合物加氢,而且催化剂可以回收利用,大大降低反应对环境的污染.本文综合贵金属原子经济观点和芳硝基类化合物加氢反应催化剂设计,在油胺和三正辛基膦中通过热还原二价的镍和钯,制备出以Ni为核Pd为壳的双金属纳米粒子.通过透射电镜观察,镍钯核壳纳米粒子的粒径约为8-9 nm.选用具有高比表面积和高稳定性的金属有机骨架材料MIL-101作为载体,通过浸渍法首次将镍钯核壳纳米粒子负载在MIL-101上制备出不同Ni:Pd比的Ni@Pd/MIL-101复合材料.利用X射线粉末衍射(XRD)、N_2吸附-脱附、红外光谱、透射电子显微镜和X射线能谱对复合材料结构进行了表征.从XRD谱图能看出负载纳米粒子后的MIL-101材料结构依然保持完整,表明催化剂制备过程不会破坏载体结构.红外光谱测试结果表明,负载了镍钯纳米粒子的Ni@Pd/MIL-101复合材料中含有两种C-H键伸缩振动2852和2926 cm~(-1)处两个特征峰,分别对应于-CH_2-和-CH_3中C-H键的特征吸收峰,可能是残留的油胺,也可能是三正辛基膦在与镍和钯形成配合物时的残留.X射线能谱测试发现,N元素在负载后己不存在,而P元素依旧存在,结合红外光谱可以确认,纳米粒子在负载前后三正辛基膦依然与纳米粒子稳定络合,进而可被MIL-101上未饱和的Cr固定.通过透射电镜可以观察到镍钯核壳纳米粒子高度分散在载体上.将Ni@Pd/MIL-101材料应用于硝基苯催化加氢反应.在30℃,0.1 MPaH_2条件下,0.26%Ni@0.46%Pd/MIL-101催化剂具有最高的加氢活性,其转换频率(TOF)值最高可达375 h~(-1),是单金属负载钯催化剂的近2倍,展示出非贵金属替代部分贵金属的可行性.在循环使用方面,重复使用5次后的Ni@Pd/MIL-101催化剂依然保持较高的催化活性和选择性.同时考察了底物的兼容性,该催化体系对多种不同基团(包括不饱和基团)取代的硝基苯化合物的催化加氢,大都表现出很高的催化活性和选择性,TOF值最高可达495 h~(-1).     

多功能核壳结构纳米反应器的构筑及其催化性能

随着纳米科学技术的不断发展,通过调节纳米材料的组成、结构、形貌以及尺寸等,已经能够实现对纳米材料性能调控的目的。为了进一步赋予纳米材料以新的功能,拓展其在材料、化学、生物和医学等领域的应用,开发能够同时实现多种功能的新型纳米材料是非常有意义的。多功能纳米材料的获得方法之一是通过对简单纳米粒子表面包覆具有功能性的材料来实现,形成的复合结构称为核壳结构。核壳结构的核和壳可以由相同或不同的材料组成。通过改变内核和外壳材料的组成、结构以及表面性质等,从而可以赋予核壳结构纳米材料以特殊的光、电、磁、催化、吸附以及生物活性等。在核壳结构的基础上对核与壳进行可控化与功能化的改造,可形成空心结构以及蛋黄壳结构(或称拨浪鼓结构),其中的空腔可作为高效纳米反应器应用于催化的各个分支领域。本综述首先讨论了不同核壳结构纳米反应器的设计,然后重点介绍了这些纳米反应器在催化降解染料污染物、催化加氢反应、催化氧化反应以及催化级联反应这几类反应中的应用。最后,对多功能核壳纳米反应器未来的研究和发展提出了一些展望。     

磁场诱导合成一维金属镍线的形貌控制

以镍盐与水合肼为起始原料,采用外加磁场辅助的水热法合成了表面具有纳米级刺状结构的一维金属镍线.向体系中引入十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)作为包裹剂,可以合成表面光滑的金属镍线.对比大块镍,金属镍线的矫顽力得到了显著的增强.研究结果表明,外加磁场是线状结构形成的关键,而在镍核表面的CTAB吸附是控制表面形貌的重要因素.以甲基异丁基甲酮加氢制备甲基异丁基甲醇为探针反应,考察了所合成材料的加氢催化性能.结果表明,金属镍材料的一维结构与表面的纳米级刺状结构均有助于提高镍基催化剂的加氢催化活性.     

多金核二氧化铈空心球用于硝基苯酚催化加氢（英文）

催化剂的微观结构在催化还原反应、有机物氧化反应及有机物转化反应中起着关键作用.本文利用无模板方法合成了多金核中空二氧化铈微球催化剂.将制备好的二氧化铈中空微球浸渍到一定浓度的氯金酸溶液中,然后多次洗涤除去表面吸附的氯金酸离子,最后通过硼氢化钠还原制成中空氧化铈微球包覆的多金核的核壳结构催化剂.将该核壳结构材料用于硝基苯酚加氢反应与金纳米粒子及氧化铈微球相比,多金核中空二氧化铈核壳结构表现出优越的活性和稳定性.通过这种浸渍洗涤再还原的简单方法合成的多金核二氧化铈催化剂有望应用于生物医药和能源环境等领域.     

多金核二氧化铈空心球用于硝基苯酚催化加氢

催化剂的微观结构在催化还原反应、有机物氧化反应及有机物转化反应中起着关键作用。本文利用无模板方法合成了多金核中空二氧化铈微球催化剂。将制备好的二氧化铈中空微球浸渍到一定浓度的氯金酸溶液中,然后多次洗涤除去表面吸附的氯金酸离子,最后通过硼氢化钠还原制成中空氧化铈微球包覆的多金核的核壳结构催化剂。将该核壳结构材料用于硝基苯酚加氢反应与金纳米粒子及氧化铈微球相比,多金核中空二氧化铈核壳结构表现出优越的活性和稳定性。通过这种浸渍洗涤再还原的简单方法合成的多金核二氧化铈催化剂有望应用于生物医药和能源环境等领域。     

Co@N-石墨烯/C催化甲苯衍生物氧化胺化研究

核壳结构纳米催化剂的发展一直备受化学家的关注.我们通过热解碳担载乙酸钴和1,10-菲哕啉复合物制备出具有核壳结构的氮掺杂石墨烯包裹钴催化剂,并对其进行了系统的表征和催化性能研究.研究发现,该催化剂在TBHP和H2共存的条件下,在催化硝基苯和甲苯的选择性还原-氧化胺化合成N-烷基化胺反应中展现出较好的催化性能和良好的官能团耐受性.透射电镜表征表明氧化钴纳米颗粒被厚度约1.12～1.87 nm的含氮石墨烯壳包裹.X射线光电子能谱表征发现壳层中的石墨烯氮和作为核的氧化钴纳米颗粒间具有较明显的相互作用.我们对催化体系的普适性以及反应机理也进行了较为系统的研究.     

Co@N-石墨烯/C催化甲苯衍生物氧化胺化研究（英文）

核壳结构纳米催化剂的发展一直备受化学家的关注.我们通过热解碳担载乙酸钴和1,10-菲啰啉复合物制备出具有核壳结构的氮掺杂石墨烯包裹钴催化剂,并对其进行了系统的表征和催化性能研究.研究发现,该催化剂在TBHP和H_2共存的条件下,在催化硝基苯和甲苯的选择性还原-氧化胺化合成N-烷基化胺反应中展现出较好的催化性能和良好的官能团耐受性.透射电镜表征表明氧化钴纳米颗粒被厚度约1.12~1.87 nm的含氮石墨烯壳包裹.X射线光电子能谱表征发现壳层中的石墨烯氮和作为核的氧化钴纳米颗粒间具有较明显的相互作用.我们对催化体系的普适性以及反应机理也进行了较为系统的研究.     

泡沫镍及负载型镍催化剂制备纳米碳纤维层的研究

纳米碳纤维可用在催化材料、储氢材料、及纳米电子器件等方面。本文对用泡沫镍及负载型镍催化剂催化分解乙烯或丙烯制备纳米碳纤维进行了研究。利用X射线衍射仪、物理吸附仪、扫描电镜进行了分析表征,并考察了催化剂、碳源、生长温度对纳米碳纤维生长量、形貌、结构的影响。结果表明:在生长温度450℃,乙烯流率30mL/m in的条件下,负载型镍催化剂纳米碳纤维的生长量要高出泡沫镍3~6倍,负载型镍催化剂制备的纳米碳纤维直径为40~60纳米,小于泡沫镍的情况。泡沫镍催化分解乙烯制备纳米碳纤维时,纳米碳纤维的生长量和平均直径随温度的降低而逐渐减小。纳米碳纤维在泡沫镍上的最低生长温度为420℃,在低于480℃生长纳米碳纤维时泡沫镍的骨架结构不会被破坏,由此制备的纳米碳纤维在新型结构催化材料中有很好的的应用前景。     

核壳/蛋黄蛋壳结构催化剂的设计策略及制备方法

由于尺寸效应，纳米催化剂具有高的催化活性。然而，在制备过程和反应过程等高温条件下，纳米催化剂的活性组分易烧结，造成催化稳定性逐渐下降等一系列问题。核壳/蛋黄蛋壳结构催化剂是提高纳米催化剂抗烧结性能最有效的措施之一。首先介绍纳米催化剂的烧结机理，然后讨论核壳/蛋黄蛋壳结构催化剂的设计策略，最后概括了核壳/蛋黄蛋壳结构催化剂的制备方法，为他们在高温反应中的应用提供参考。     

Magnetic properties of monodispersed Ni/NiO core-shell nanoparticles

We have recently developed a method to fabricate monodispersed Ni/NiO core-shell nanoparticles by pulsed laser ablation. In this report, the size-dependent magnetic properties of monodispersed Ni/NiO core-shell nanoparticles were investigated. These nanoparticles were formed in two steps. The first was to fabricate a series of monodispersed Ni nanoparticles of 5 to 20 nm in diameter using a combination of laser ablation and size classification by a low-pressure differential mobility analyzer (DMA). The second step was to oxidize the surfaces of the Ni particles in situ to form core-shell structures. A superconducting quantum interference device (SQUID) magnetometer was used to measure the magnetic properties of nanostructured films prepared by depositing the nanoparticles at room temperature. Ferromagnetism was observed in the magnetic hysteresis loop of the nanostructured films composed of core-shell nanoparticles with core diameters smaller than the superparamagnetic limit, which suggests the spin of Ni core was weakly exchange coupled with antiferromagnetic NiO shell. In contrast, smaller nanoparticles with core diameters of 3.0 nm exhibited superparamagnetism. The drastic change in the hysteresis loops between field-deposited and zero-field-deposited samples was attributable to the strong anisotropy that developed during the magnetic-field-assisted nanostructuring process.     

苯乙烯在阴离子型聚氨酯纳米水分散液中聚合过程的研究

采用自乳化法制备出阴离子聚氨酯纳米水分散液,以其作为乳化剂使苯乙烯单体在其中进行聚合,制备出不同聚苯乙烯与聚氨酯质量比的阴离子型PS/PU纳米复合物水分散液;对苯乙烯单体的聚合过程进行了研究;采用光子相关谱仪和透射电镜对其微观结构、粒径及其分布进行了测试,结果表明,该方法能够制备出稳定的具有核壳结构的PS/PU纳米复合物水分散液,但当苯乙烯单体浓度增大到一定程度(PS/PU质量比为50∶100)时,粒子不稳定而发生聚集.     

交联核壳结构PBA/PS和PBA/PMMA纳米微球的制备与应用

考察了聚丙烯酸丁酯/聚苯乙烯(PBA/PS)以及聚丙烯酸丁酯/聚甲基丙烯酸甲酯(PBA/PMMA)交联核壳结构纳米高分子微球的制备方法,并对其在尼龙复合材料中的应用进行了初步研究.结果表明,通过交联剂的引入使粒子核层和壳层内部均形成了高度交联的结构,可以限制亲水性较小的聚苯乙烯(PS)壳层向粒子内部迁移的趋势;制备出的微球平均粒径为40~50 nm,粒径分布很窄.采用饥饿态加料方式加入第二单体不仅可以使微球具有较高的产率和凝胶率,而且可以使其具有更理想的核壳结构和更窄的粒径分布.此外,将合成出的PBA/PMMA核壳粒子对尼龙6基体进行复合的结果表明,由于该微球表面与尼龙6基体之间具有较强的界面相互作用且微球具有较大的形变能力,可以在基体中形成良好的分散,在保持材料强度的同时有效地提高了其刚性和韧性.     

Preparation and application of cross-linked core-shell PBA/PS and PBA/PMMA nanoparticles

This paper reports the preparation of cross-linked core-shell poly(butyl acrylate)/polystyrene (PBA/PS) and poly(butyl acrylate)/poly(methyl methacrylate) (PBA/PMMA) nanoparticles via seeded emulsion polymerization and their application in nylon-based composites. A highly cross-linked structure was formed in both the cores and the shells by using a cross-linking agent, which could prevent the migration of hydrophobic PS shells to the inside of particles. There were covalent bonds on the interfaces between the cores and the shells of both particles. The average particle sizes were 40–50 nm, and the size distributions were narrow. The kinetics of polymerization was investigated. Well-defined core-shell structure and narrow particle size distribution could be achieved under starved conditions of monomer feeding. Furthermore, PBA/PMMA particles were used to fill nylon 6, good dispersion was obtained because of the strong interfacial interaction between the nanoparticles and the nylon 6 matrix and the good deformation ability of nanoparticles, and the toughness and rigidity of the composites were improved evidently. __________ Translated from Acta Polymerica Sinica, 2005, (6) (in Chinese)     

聚苯乙烯/Ag核壳结构纳米微粒的制备及表征

用种子乳液聚合法合成了聚苯乙烯（PS）/Ag复合纳米粒子,进一步利用分步聚合技术实现了聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)在微球表面功能化,分别用TEM、XRD、TG-DTA及FT-IR对其结构和形貌进行了表征,并考察了其摩擦学性能.结果表明,在所选择的实验条件下,合成了以Ag纳米微粒为核,PS、PMMA为壳层的核壳结构复合纳米微球,其中Ag纳米核平均粒径约12 nm,复合微球粒径约25 nm,颗粒较均匀并且在有机溶剂中有良好的分散性,作为润滑油添加剂,具有良好的抗磨性能.     

Facile preparation method of SiO2/PS/TiO2 multilayer core-shell hybrid microspheres

Organic-inorganic hybrid particles have many potential applications, but almost all of this research was focused on the hybrid particles containing one kind of inorganic nanoparticles. This paper presented a facile preparation method for SiO2/PS/TiO2 multilayer core-shell hybrid microspheres. In this approach, positively charged SiO2/PS core-shell hybrid particles were first synthesized by miniemulsion polymerization using cationic initiator and emulsifier. These positively charged SiO2/PS hybrid particles were mixed with tetra-n-butyl titanate for sol-gel reaction to directly form SiO2/PS/TiO2 multilayer core-shell hybrid microspheres. Some influencing parameters such as surfactant concentration, tetra-n-butyl titanate amount, and glacial acetic acid amount were investigated. TEM, TGA, and EDX analyses indicated that titania layers were successfully coated onto the surfaces of hybrid microspheres.     

ZnS:Mn2+/聚苯乙烯核壳及ZnS:Mn2+中空球的制备和光谱性质

ZnS:Mn2+ polystyrene (PS) core-shell structures and ZnS:Mn2+ hollow spheres were prepared by a sonoehemical deposition approach. Transmission electron micrograph (TEM) studies show that the PS surface is covered by a thin shell consisted of ZnS: Mn2+ nanoparticles with an average size of 9 nm. ZnS: Mn2+ hollow spheres were obtained by heating the core-shell particles in air at 500 ℃ to drive off PS. The photoluminescence spectrum for the emission band of Mn2+ peaked at 540 nm, and a 45 nm blue shift compared to that of corresponding bulk sample, was discussed based on the Mn-O octahedral distortion induced by shell structure.     

ZnO/PS core-shell hybrid microspheres prepared with miniemulsion polymerization

The hybrid microspheres of ZnO/PS with different core-shell structures were prepared in miniemulsion polymerization. 3-(trimethoxysilyl)propyl methacrylate (MPS) was used as a functional co-monomer to enhance the surface polarity of ZnO nanoparticles and to prevent water from quenching the luminescent properties of ZnO. The morphology of hybrid particles was examined with a transmission electron microscope. The luminescence spectra were measured using a Shimadzu RF-5301 PC spectrofluorimeter (Xe source) at room temperature. The crystallization structure of samples was characterized with a Rigaku wide-angle X-ray diffractometer. The chemical composition and structure of the ZnO colloids, MPS-modified ZnO colloids, and ZnO/PS hybrid microspheres were analyzed with IR.     

Fabrication and characterization of core-shell photonic crystals via a dipping process

High-quality polystyrene (PS) colloidal photonic crystals in large area were fabricated in 24 h via a capillary-enhanced process. Then, the photonic crystals with core-shell structure were obtained by incorporating silica nanoparticles into the interstitial space of opal template via a dipping process. The filling ratio (V_silica) of interstitial space could be manipulated by dipping colloidal crystals into suspensions with different concentrations of silica nanoparticles, which in turn renders the obtained core-shell photonic crystals. The absorptive peak of opal without dipping process is at 445 nm as measured by UV–vis spectrometry. The filling ratios of 0.130, 0.167 and 0.253 can be calculated according to the modified Bragg's Law, which corresponds to the absorptive peaks for core-shell opals at 453, 463 and 469 nm obtained from suspensions with silica nanoparticles of 0.017, 0.122, and 0.244 wt%, respectively. Therefore, by using this dipping process, the characteristic absorption wavelength for photonic crystal will be varied easily, efficiently and cost effectively than that by traditional methods for constructing opal from monodispersed colloids of different diameters.     

PREPARATION OF POLYSTYRENE/SiO2 COMPOSITE NANOPARTICLES BEARING SULFONIC GROUPS ON THE SURFACE VIA EMULSION COPOLYMERIZATION USING A POLYMERIZABLE EMULSIFIER

Functionalized PS/SiO_2 composite nanoparticles bearing sulfonic groups on the surface were successfully synthesized via emulsion copolymerization using a polymerizable emulsifierαolefin solfonate(AOS).As demonstrated by transmission electron microscopy and atomic force microscopy,well-defined core-shell PS/SiO_2 composite nanoparticles with a diameter of 50 nm were obtained.Sulfonic groups introduced onto the surface of the composite nanoparticles were quantified by FTIR,and can be controlled to some ex...