碳纳米管负载的双金属纳米粒子复合材料的制备及应用

A facile and general synthetic method is developed by an anion coordination protocal for synthesis of daul active center ligands stabilized bimetallic nanoparticles. Carbon nanotubes support bimetallic nanoparticles hybrids are prepared by π-π stacking interaction. Various of different molar ratio and composition of bimetallic nanoparticles supported on carbon nanotubes hybrids are obtained by this method. The resultant hybrids materals are characterized by UV-visible spectroscopy, XPS surface technology, ICP-ES and TEM-EDX etc. Furthermore, these hybrids materials are applied in Sonogashira coupling reactions, C-H activation reactions and gas phase oxidation-reduction reactions for investigating the catalytic activity, selectivity and the recycle times. This project resolve low catalytic activity and selectivity problems in the traditional heterogenous catalysts, and expands the application of heterogeneous catalysts for organic molecule transformation reactions.

开发一种以阴离子配位的方法合成以双活性中心的链状配体作为稳定剂的双金属纳米粒子，通过π-π键相互作用的方法将双金属纳米粒子负载到碳纳米管上。利用此方法制备出不同摩尔比及不同双金属元素组成的碳纳米管负载的双金属纳米粒子复合材料，将此方法合成的复合材料通过UV-可见光谱、XPS表面技术、ICP-ES及TEM-EDX等手段对材料的形貌、组成和结构进行表征。进而将此复合材料应用于多项催化剂催化Sonogashira偶联反应和C-H活化反应及气相氧化还原反应，考察此复合材料的催化活性及催化反应的选择性和作为多项催化剂的循环利用情况。项目解决了传统多项催化剂对某些反应的低活性、低选择性问题，并拓展了多项催化剂在催化有机分子变换反应中的应用范围。

传统的制备碳材料负载金属纳米粒子的方法如气相还原法、化学还原法、微波还原法等有诸多的不足，而气-液辉光等离子法具有反应速度快、不需添加还原剂、可室温制备、不需搅拌等优点，是一种新颖的绿色合成方法。我们利用气液辉光等离子体法制备碳纳米管负载的Pd纳米粒子，并将其用于多相催化剂催化Suzuki 反应，发现此方法制备的催化剂具有较高的催化活性。制备了掺氮多孔石墨烯（NPG）、泡沫石墨烯（GF）、氧化泡沫石墨烯（OGF）、掺氮泡沫石墨烯（NGF）、氧化石墨烯（GO）、还原氧化石墨烯（RGO）和掺氮还原氧化石墨烯（NRGO）7种类型的石墨烯载体，然后利用气-液辉光等离子体法制备了Pd/NPG、Pd/GF、Pd/OGF、Pd/NGF、Pd/RGO、Pd/GO和Pd/NRGO 7种石墨烯负载钯纳米粒子复合材料并将其用于催化Suzuki和Heck偶联反应，研究不同催化剂载体、不同反应条件对反应性能的影响并通过简化反应步骤来实现有机合成反应的绿色化。与此同时，我们还制备了碳纳米管负载的油胺稳定的金纳米粒子，发现此催化剂可用于水介质中的硅烷氧化反应。为了实现水介质中有机分子变换反应，我们构筑了氧化石墨烯和碳纳米管的三维网络结构作为催化剂的载体，此复合的碳纳米材料可以阻碍石墨烯片层之间的堆叠和碳纳米管之间形成束从而提高碳材料表面的使用面积。我们以此材料做为载体成功的制备了氧化石墨烯/碳纳米管负载的金纳米粒子，高效的催化了水相介质中硼氢化钠对4-硝基苯酚的还原反应。在研究工作中我们采用气-液界面辉光等离子体法成功制备了Pd/PdO纳米粒子修饰碳纳米管和石墨烯复合材料，对其催化活性研究表明Pd/PdO纳米粒子具有高于Pd纳米粒子的催化活性，将其成功应用于水介质中的Suzuki反应、硝基化合物加氢还原成苯胺的反应。