[發明專利]一種Janus結構聚合物基納米金屬催化劑及其制備方法和應用

有效

• 申請號: 202110296974.9
• 申請日: 2021-03-19
• 公開（公告）號: CN113145178B
• 公開（公告）日: 2022-07-08
• 發明（設計）人: 王建黎;周雪;鄒思遠;劉小波;張浩
• 申請（專利權）人: 浙江工業大學
• 主分類號: B01J31/28
• 分類號: B01J31/28;B01J31/06;B01J37/02;B01J37/16;B01J37/32;C07C213/02;C07C215/76;C08F212/08;C08F212/36;C08F212/14
• 代理公司: 杭州浙科專利事務所(普通合伙) 33213
• 代理人: 周紅芳

本發明公開了一種Janus結構聚合物基納米金屬催化劑及其制備方法和應用，本發明利用聚合物納米粒子可設計性強的特點，通過種子乳液聚合法得到一種Janus結構聚合物載體，并經活化、浸漬交換金屬離子、金屬離子原位還原方式，將納米金屬固載于Janus結構聚合物載體表面得到一種Janus結構聚合物基納米金屬催化劑，本發明提供的催化劑制備方法簡單可控，具有大規模生產的可行性；實現了貴金屬在載體表面的選擇性負載。本發明的催化劑應用在非均相反應中，既能穩定Pickering乳液又具有優異的催化和循環回收使用效果。

技術領域

本發明涉及一種Janus結構聚合物基納米金屬催化劑及其制備方法和應 用。

背景技術

貴金屬價格昂貴、儲量稀缺，因具有較高的催化活性、選擇性，而被廣泛 用在加氫/脫氫、氧化/還原、不對稱合成等反應中。一般來說，為提高貴金屬 使用效率，通常將其負載至各種功能化材料(包括聚合物、金屬氧化物、沸石、 碳材料等)上，但無論是采用哪種載體，其在非均相反應中的催化活性與均相 催化劑相比還有待進一步提高。

作為一種以納微米顆粒為穩定劑的新型乳化技術，Pickering乳液已經成為 化工、材料、食品科學等領域的研究熱點，而將納微米顆粒作為催化劑載體(即 PickeringInterfacial Catalysis，PIC)的研究也備受關注，PIC材料兼具高催化 性和易回收性，通過增大非均相接觸面積強化傳質過程，文獻(Crossley S,et al. Science,2010,327(5961):68-72.)中將Pd沉積在碳納米管和二氧化硅的納米復 合物上得到Pd/SWNT-SiO₂，證實了它在水-油界面催化醛加氫反應的能力；文 獻(Zhao T,etal.J.Am.Chem.Soc.2018,140,31,10009-10015)中將Pt選擇性 固載于兩親性雙介孔納米粒子上得到Pt@Fe₃O₄@mCmSiO₂，在由苯甲醛和 乙醛制備肉桂酸油-水非均相界面催化串聯反應中表現出了較好的Pickering乳 化和催化效果。值得注意的是，納微米顆粒的自身性質對乳化、催化效果有很 大的影響。

作為一種具有可控、可調的不對稱物理/化學性質的特殊納微米顆粒，兩 親Janus粒子具有以下幾點優勢：(1)更好的乳液穩定效果，研究(Binks B P, et,al.Langmuir,2001,17:4708-4710.)表明，Janus粒子更容易吸附在油水界面 且脫附能是各向同性納微米顆粒的數倍，即使平均接觸角為0°或180°時， 仍能保持很強的吸附力。無外力作用時Pickering乳液幾乎不聚并、不破乳， 長時間反應時甚至無需能量持續輸入；(2)表面分區設計、界面特定取向為選 擇性催化提供了基礎。盡管目前負載貴金屬的Janus結構相界面催化劑已有報 道，但Janus載體的批量合成還存在一定的挑戰，限制了Janus結構界面催化劑的快速發展。

Janus結構的復雜性決定了其制備方法的特殊性。界面保護法、微流體合 成、自組裝和種子乳液聚合等方法都可用于制備Janus材料，但化學組成分區 和微結構的精確控制技術還有待進一步提高。

發明內容

本發明的目的在于提供一種Janus結構聚合物基納米金屬催化劑及其制備 方法和應用，本發明催化劑的制備方法包括如下步驟：首先利用種子乳液聚合 法制備一種Janus結構聚合物載體，并經活化、離子交換、原位還原方式，將 金屬固載于Janus結構聚合物載體表面得到一種Janus結構聚合物基納米金屬 催化劑，該催化劑既能發揮兩親Janus粒子穩定Pickering乳液的優勢，又能穩 定保持金屬的催化活性。

本發明所述催化劑的制備方法還可通過形貌調整、表面改性和功能物質的 復合以適應不同的反應體系，在Pickering乳化劑、多相催化、自驅動馬達、 生物醫藥等領域具有廣闊的應用前景。

所述的一種Janus結構聚合物基納米金屬催化劑的制備方法，其特征在于 按如下方法制備得到：