[发明专利]一种具有温敏性和磁性能的纳米银催化剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于催化剂技术领域，具体涉及一种具有温敏性和磁性能的纳米银催化剂，以及该催化剂的制备方法。

背景技术

金属纳米粒子由于其小尺寸、大的比表面积等独特的性质，已经成为催化领域中的一种高效催化剂，但由于金属纳米粒子之间具有高的比表面能，使其在合成和催化过程中容易发生聚集，从而导致催化活性的降低。解决纳米金属诸多不利因素的方法之一是用载体负载纳米金属，这样不仅可以有效提高纳米金属的比表面积，还可以起到稳定纳米粒子和防止聚集的作用。为了解决纳米金属使用率低的现状，人们经常将具有催化性能的金属纳米粒子与具有磁性能的物质（如四氧化三铁、三氧化二铁和纳米镍、钴等）复合来提高纳米金属的性能，并可以实现可回收性。这种由两种或两种以上组分形成的复合纳米粒子除了兼具纳米金属的性质和磁性微粒的磁性能之外，还可以调节纳米粒子的性质（如电荷密度、生物相容性、稳定性以及分散性），从而实现在催化、表面增强拉曼散射、抗菌、生物相容性、导电性及多领域的应用。纳米金属与磁性纳米粒子形成的复合结构主要有核-壳结构和雪人状结构。例如，Chung-Che Lee等(Nanotechnology,2006,17,3094-3099)在乙二醇溶液中，聚乙烯亚胺作保护剂的情况下，通过连续还原氯化镍和硝酸银来得到Ni@Ag核-壳结构的复合纳米粒子。又如JianHua Shen等(Langmuir,2013,29,690-695)将制备好的四氧化三铁纳米粒子分散在溶解有硝酸银和聚乙烯吡咯烷酮的乙二醇溶液中，100℃条件下反应12小时，得到核-壳型的Fe₃O₄@Ag复合微球。另外，Yiwu Mao等(Cryst Eng Comm,2013,15,3575-3581)通过种子连续生长法制备得到Fe₃O₄@Ag异质结构，但该方法合成温度较高，还原步骤相对繁琐。

聚N-异丙基丙烯酰胺微凝胶由于其独特的温度敏感性和在不同领域中潜在的应用而得到广泛的关注。将具有磁性和催化性的纳米粒子与具有温敏性的聚N-异丙基丙烯酰胺聚合物复合形成核-壳结构复合材料，这样可获得同时具有温度敏感性、催化活性和可重复使用性等多种功能。例如，Rafael Contreras-Caceres等(Langmuir,2011,27,4520-4525)在丁烯酸中将稳定的四氧化三铁纳米粒子与N-异丙基丙烯酰胺(PNIPAM)在70℃条件下反应，得到核-壳状的Fe₃O₄@PNIPAM复合微球，接着将硝酸银分散在其中，加入硼氢化钠快速还原，得到具有温度敏感性和磁性能的复合材料。又如，Pan Lu等(Nanoscale,2012,4,6244-6255)在以制备好的四氧化三铁@二氧化硅结构基础上复合聚N-异丙基丙烯酰胺，接着将上述制备的核-壳材料溶胀在硝酸银溶液中，通过硼氢化钠原位还原的方式得到银纳米粒子，该方法制备得到的复合材料合成步骤相对繁琐不易控制，且单质纳米银暴露在外面容易被氧化而影响纳米金属的催化效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服纳米银在催化过程中不易回收且易聚集的问题，提供一种将纳米银与磁性纳米微粒、微凝胶三者复合，易于实现纳米银的重复使用性，避免纳米银粒子的团聚，提高其催化活性，同时还可以赋予催化剂温敏性和磁性能，并为该催化剂提供一种操作简单的制备方法。

解决上述技术问题所采用的技术方案是：该催化剂是以四氧化三铁磁性纳米粒子负载纳米银的复合物为核、聚(N-异丙基丙烯酰胺-3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)为壳，催化剂的粒子尺寸为150～300nm，饱和磁化强度为15～20emu/g，其中四氧化三铁磁性纳米粒子负载纳米银的复合物的质量百分比组成为：四氧化三铁磁性纳米粒子98.5%～99.2%、纳米银0.8%～1.5%，四氧化三铁磁性纳米粒子的粒径为15～20nm，纳米银粒径为9～12nm，聚(N-异丙基丙烯酰胺-3-(甲基丙烯酰氧)丙基三甲氧基硅烷)的厚度为20～50nm。

上述的具有温敏性和磁性能的纳米银催化剂的制备方法由下述步骤组成：

1、制备四氧化三铁磁性纳米粒子负载纳米银的复合物