[发明专利]一种纳米金/含倍半硅氧烷聚合物杂化粒子及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种纳米金/含倍半硅氧烷聚合物杂化粒子及其制备方法。

背景技术

自20世纪80年代后期，Haruta等人发现在Fe₂O₃和TiO₂等氧化物载体上沉积的金纳米粒子具有很高的低温CO催化氧化活性，并且发现其独特的湿度增强效应，进而打破了金不能作为催化剂的传统观念，使得人们对金的催化特性产生了极大的兴趣和关注。随着人们的进一步研究发现，纳米金催化剂在化学反应催化以及环境净化等领域有着广阔的应用前景。众所周知，新能源技术的崛起使得在燃料电池中扮演着电化学反应“工厂”作用的贵金属催化剂万众瞩目。如何制造出比表面积大、低负载量、高活性及结构稳定的纳米金催化剂，进而提高反应效率和纳米金催化剂利用率，甚至可以使原来不能进行的反应进行，仍然是纳米金催化剂研究的重要课题。

胶束是表面活性剂在选择性溶剂中的浓度到达某一临界值（即临界胶束浓度CMC）及超过该值后，其分子或离子与溶剂发生微观相分离并自动缔合成的胶体大小的聚集体质点微粒，这种微粒具有疏溶剂型核与溶剂化壳自组装结构。通过一定的分子设计，可使得溶剂化壳有效地结合金属离子。因此在负载贵金属催化剂等方面具有广阔应用前景。

多面体齐聚倍半硅氧烷（Polyhedral Oligomeric Silsesquioxane，简称POSS），是一类笼状结构的有机/无机杂化分子，这种物质具有大位阻效率、超疏水性及纳米尺度。以多面体齐聚倍半硅氧烷作为疏水端的双亲大分子不仅具有快速组装的能力，而且具有十分优异的分散性及热稳定性。

目前，贵金属金催化剂主要属于负载型催化剂。在这一领域中，Conghui Yuan等（Conghui Yuan,Weiang Luo et al.Gold@Polymer Nanostructures with Tunable Permeability Shells for Selective Catalysis.Angew.Chem.Int.Ed.2011,50,3515–3519）以聚苯乙烯球为基体，先用氯金酸（HAuCl₄）对其刻蚀到一定程度，然后加入还原剂在微球内部生成纳米金粒子。这种聚合物/纳米金体系具有较高的催化活性，但是只能催化疏水性底物而不能催化亲水性底物，在应用上具有一定的局限性。刘大博等（一种Au纳米核壳结构催化剂及其制备方法，中国专利，公开号CN102941118A）通过聚苯乙烯微球为高分子材料，利用化学表面改性以及化学反应生长贵金属纳米颗粒，进而制造出高表面活性、低成本的Au纳米核壳结构催化剂。但是这种方法需对载体微球表面进行二次改性，工艺复杂且贵金属金负载并不牢靠。邵志刚等（一种低温燃料电池用Pd@Pt核壳结构催化剂的制备方法，中国专利，公开号CN103028396A）公开了一种一步法制备Pd@Pt核壳结构催化剂的方法，该方法具有简单、环保和节能等优点，制备得到的核壳结构催化剂对氧化还原反应表现出了较高的面积比活性与单位质量Pt催化活性，但是该方法得到纳米粒子较大(20nm左右)，而且在载体上的分布较差。

目前，以含POSS聚合物作为载体的高活性负载型纳米金催化剂尚未见报道。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提供一种纳米金/含倍半硅氧烷聚合物杂化粒子。

本发明的另一目的在于提供上述纳米金/含倍半硅氧烷聚合物杂化粒子的制备方法。

本发明的具体技术方案如下：

一种纳米金/含倍半硅氧烷聚合物杂化粒子，含POSS的双亲大分子自组装成的胶束为载体和纳米金为负载。

在本发明的一个优选实施方案中，所述载体的尺寸为100～150nm，所述纳米金的尺寸为5～10nm。

一种上述纳米金/含倍半硅氧烷聚合物杂化粒子的制备方法，以POSS的双亲大分子自组装成的胶束作为载体，再加入氯金酸溶液，最后在还原剂的作用下在载体表面生成纳米金。

在本发明的一个优选实施方案中，把包括如下步骤：

（1）取含POSS的双亲大分子溶于THF（四氢呋喃）中，得第一溶液；

（2）在超声搅拌下将第一溶液缓慢逐滴滴入去离子水中直至溶液出现蓝光，敞口静置挥发掉THF，得载体溶液；

（3）在磁力搅拌的条件下向载体溶液中缓慢逐滴滴入氯金酸溶液，继续搅拌0.5～3小时，得第二溶液；