[发明专利]制备金属纳米颗粒-还原氧化石墨烯MNP-rGO Janus纳米片的方法

说明书

本发明涉及一种通过Pickering乳液模板保护法在氧化石墨烯(GO)纳米片单面选择性沉积金属纳米颗粒(MNPs)制备MNP‑rGOJanus纳米片的方法。在本方法中，GO纳米片被大量水包油型Pickering乳液液滴锚定在油水界面处，油相固化使得纳米片接触油相的一面被保护；将合成MNPs的前驱体加入GO纳米片Pickering乳液，通过光化学合成在纳米片接触水相的一面生长MNPs，从而得到MNP‑rGOJanus纳米片。本方法操作过程成本低廉、简单高效、可控性高。该方法已证明可以成功制备单面沉积了金、钯纳米颗粒(Au/PdNPs)的Au/PdNP‑rGO Janus纳米片。

技术领域

本发明涉及一种廉价高效制备金属纳米颗粒-还原氧化石墨烯(MNP-rGO)Janus纳米片的方法，尤其可扩展用于高效制备多种非对称结构纳米片，属于复合结构设计与制备技术领域。

背景技术

催化反应在制备无机和有机化合物中非常重要。在许多情况下，反应物不能同时溶解在单一溶剂中，不混溶的反应物仅能在界面处发生反应，限制了反应效率。为了提高反应效率，增加界面面积在许多界面/乳液反应中是必不可少的。在乳液反应中，高度稳定的Pickering乳液把纳米催化剂固定在乳液界面，将整个体系分割成众多微分散的液滴，这为乳液催化提供了大量的界面可以实现高效的乳液反应，大幅度提升了纳米催化剂在界面/乳液催化中的效率。而具有不同表面性质的Janus纳米催化剂在稳定Pickering乳液和提升乳液催化反应效率方面具有独特的优势。Janus纳米催化剂具有不同性质的表面可以与乳液中的两相充分润湿，从而显著地降低界面能，大幅度增大油水界面面积。虽然目前Janus纳米颗粒在稳定乳液方面已经到了广泛的研究，但由于大部分为球形Janus纳米颗粒，其稳定乳液的效果不佳，乳液催化的效率仍然受到限制。与Janus纳米颗粒相比，片状Janus纳米结构具有高各向异性、大吸附能和界面旋转受限等特点，可以大幅度降低油/水界面的界面能，更有利于传质，并能提供更多催化活性位点，是实现高效稳定Pickering乳液催化反应更为理想的选择。因此，Janus纳米片有望有效提高Pickering乳液催化反应的效率。

据申请人了解，基于Janus纳米片的两面分别具有不同的物理和化学性质，在Janus纳米片的制备过程中，如何可控地在纳米片的两面实现不对称修饰一直是亟需解决的问题。固体表面模板保护法通过将非Janus纳米片的一面进行保护，选择性地修饰其另外一面来实现纳米片的单面修饰，能够精准地实现对非Janus的单面修饰，是一种制备Janus纳米片的有效方法。然而，固体模板的表面积有限，导致这种方法的产率非常低，仅可实现少量的Janus纳米片制备。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提出一种通过Pickering乳液模板保护法廉价高效制备金属纳米颗粒-还原氧化石墨烯(MNP-rGO)Janus纳米片的方法，操作过程成本低廉、简单高效、可控性高，有效提升Janus纳米片的产率。

为了解决上述技术问题，本发明提出的技术方案是：一种通过Pickering乳液模板保护法在氧化石墨烯(GO)纳米片单面选择性沉积金属纳米颗粒(MNPs)制备MNP-rGO Janus纳米片的方法。在本方法中，GO纳米片被大量水包油型Pickering乳液液滴锚定在油水界面处。通过固化油相，纳米片接触油相的一面被保护。将合成MNPs的前驱体加入体系，通过光化学合成在纳米片接触水相的一面生长MNPs，从而得到MNP-rGO Janus纳米片。本方法已证明可以成功制备单面沉积了金、钯纳米颗粒(Au/PdNPs)的Au/PdNP-rGO Janus纳米片。

本发明的有益效果：