基于生物分子的金属配位与原位还原调控合成纳米催化剂

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生物分子如核苷酸、辅酶、多肽等具有富电子的官能团,在一定条件下能够与金属配位结合并且原位还原金属离子,因而在金属纳米材料的成核生长与性能改善方面具有良好的应用前景。本文利用多种天然核苷酸以及还原型辅酶Ⅱ作为模板,分别调控合成了单金属Pd和双金属AgPd纳米催化剂,研究了生物分子与金属的结合模式,纳米催化剂的物化性质,以及在加氢反应中的催化性能。首先,研究分别使用7种核苷酸,包括GTP、GDP、GMP、IMP、AMP、CMP和TMP,作为电子供体和稳定剂制备了高度分散的Pd纳米催化剂。通过FT-IR、DLS、HRTEM和XPS的表征,深入研究了Pd 前驱体与7种核苷酸之间的相互作用机制。结果表明,核苷酸能够调节核苷酸-Pd配合物的价态和粒径,核苷酸上富电子的氮/氧基团易与Pd 前驱体螯合,进一步调节Pd物种的电荷状态,随着[核苷酸]/[Pd ]的摩尔比增加,核苷酸-Pd配合物的平均粒径显著降低。核苷酸-Pd配合物的催化性能与核碱基的化学结构以及磷酸基团的数量密切相关,GTP-Pd配合物在Na BH4还原4-硝基苯酚反应中的相对速率常数达到7770 min-1m M-1(25 ℃),核苷酸-Pd配合物亦可应用于Na BH4存在下有机染料的降解反应。其次,研究利用还原型辅酶Ⅱ(NADPH)为还原剂和稳定剂,合成了AgPd双金属纳米团簇,通过FT-IR、UV-vis、HRTEM和XPS的表征,深入研究了Ag IPd前驱体与NADPH之间的相互作用机制。研究发现,Ag I、Pd 、Ag I Pd 前驱体在NADPH的作用下,均可被还原形成金属纳米团簇。NADPH上嘌呤环上的N原子、烟酰胺上的C=O和磷酸基团易与金属前驱体螯合,对形成的纳米团簇起到保护作用。在NADPH的作用下,Ag I与Pd 前驱体摩尔比为1时,得到了粒径约为1.4 nm的AgPd双金属纳米团簇,该纳米团簇表现出协同催化效应。通过调节[Ag I]/[Pd ]的比例,NADPH-AgPd([NADPH]/[总金属]=1)在Na BH4还原4-硝基苯酚反应中的相对速率常数可达11430 min-1m M-1(25 ℃)。
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