[發明專利]一種親水性Fe3O4-Au雙面粒子催化劑的制備方法

在審

• 申請號: 201610130852.1
• 申請日: 2016-03-09
• 公開（公告）號: CN105562033A
• 公開（公告）日: 2016-05-11
• 發明（設計）人: 韓杰;金晨靜;郭榮
• 申請（專利權）人: 揚州大學
• 主分類號: B01J23/89
• 分類號: B01J23/89;B01J37/02;B01J37/08;B01J35/10
• 代理公司: 揚州市錦江專利事務所 32106
• 代理人: 江平

技術領域

本發明涉及納米材料技術領域，具體涉及一種親水性Fe₃O₄-Au雙面粒子催化劑的制備方法。

背景技術

雙面納米粒子，尤其是金屬-金屬氧化物粒子由于其獨特的光學以及電學性質，在電子、催化、納米和生物技術等領域有著諸多的應用。其中，Fe₃O₄-Au雙面粒子在催化反應中的應用一直是研究的焦點。

小粒徑的貴金屬納米粒子具有較大的比表面積從而具有相對較高的催化活性。但小粒徑貴金屬納米粒子具有相對較高的表面能導致易團聚變形從而失去催化活性和選擇性。四氧化三鐵載體由于其與貴金屬界面之間的電子轉移作用，可以提高催化劑的催化效率；同時，四氧化三鐵的加入可以有效防止貴金屬的團聚并且易回收，從而維系和提高其在催化反應中的穩定性和循環性。人們主要通過高溫熱分解法制備Fe₃O₄-Au雙面粒子。然而，用這種方法制得的雙面粒子具有較強的疏水性，其在水溶液中的催化使用受到了一定限制。

發明內容

本發明的目的在于提供一種高活性的親水性Fe₃O₄-Au雙面粒子催化劑的制備方法。

本發明包括以下步驟：

1）制備表面油酸包覆的四氧化三鐵顆粒：

將油酸鐵、油酸和1-十八烯混合加熱至320℃，反應結束后冷卻至室溫，然后以丙酮、正己烷混合洗滌劑洗滌后分散于甲苯中，形成Fe₃O₄的甲苯溶液；

常規制備四氧化三鐵顆粒大都采用水熱法，制備得到的顆粒為親水性，且粒徑在100nm以上，而制備表面油酸包覆的四氧化三鐵利用的是高溫裂解法，制備得到的四氧化三鐵粒徑較小，多在20nm左右。

2）表面改性：

將Fe₃O₄的甲苯溶液與N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷混合后，再加入聚乙烯吡咯烷酮進行回流反應，將反應混合物滴加于無水乙醚中，取得沉淀物用去離子水、乙醇洗滌后分散于去離子水中，形成PVP-Fe₃O₄溶液；

3）制備親水性Fe₃O₄-Au雙面粒子催化劑：

將PVP-Fe₃O₄溶液與去離子水混合，超聲分散后回流下加熱至沸騰，然后加入檸檬酸三鈉水溶液，沸騰后加入氯金酸水溶液，于100℃回流反應10min，磁性分離，取得親水性Fe₃O₄-Au雙面粒子催化劑。

本發明采用高溫熱分解法制備表面油酸包覆的四氧化三鐵顆粒，通過PVP-10對所述四氧化三鐵顆粒表面改性為親水性，然后通過檸檬酸鈉還原法在四氧化三鐵表面制備不同粒徑的Au納米粒子（3～12nm），最終得到高活性、易回收、尺寸可控的親水性的Fe₃O₄-Au雙面粒子催化劑。

進一步地，本發明所述步驟3）中，PVP-Fe₃O₄溶液中PVP-Fe₃O₄與氯金酸水溶液中氯金酸、檸檬酸三鈉水溶液中檸檬酸三鈉的混合質量比為1∶0.003∶12～18。該用料比的設計特殊效果：控制PVP-Fe₃O₄與氯金酸的加入量不變，通過調節檸檬酸三鈉的加入量來調控金納米粒子的粒徑大小。當三者質量比為1∶0.003∶18時，金納米粒子的粒徑為3nm，如實施例一；當三者質量比為1∶0.003∶15時，金納米粒子的粒徑為6nm，如實施例二；當三者質量比為1∶0.003∶12時，金納米粒子的粒徑為12nm，如實施例三。

所述步驟2）中，所述Fe₃O₄的甲苯溶液中Fe₃O₄與N,N-二甲基甲酰胺、二氯甲烷、聚乙烯吡咯烷酮的質量比為1∶1∶16500∶3300∶300。該用料比中最重要的是N,N-二甲基甲酰胺與二氯甲烷的投料比，N,N-二甲基甲酰胺所占比例越大，反應混合物的沸點越高，改性效果越好。但仍需保證二氯甲烷以一定的比例存在，因為二氯甲烷可以幫助改性過后的Fe₃O₄在乙醚中沉淀出來。

附圖說明