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氧化物纳米颗粒因具有大的比表面积与极高的活性位,有着优异的物理和化学性能,近年来已逐步成为研究的热点,本文就羧基辅助分散的氧化物纳米颗粒的制备、表征及其性能进行了研究。
采用双氧水直接氧化法,以有机配体作为稳定剂,制备出分散于水相中的RuO2、IrO2及CeO2溶胶,研究了这些纳米氧化物的形成及分散机理,通过紫外-可见光谱(UV-Vis)、动态光散射(DLS)、透射电子显微镜(TEM)、X-射线光电子能谱(XPS)与傅里叶红外光谱(FT-IR)等手段对产物进行了表征。研究结果表明,双氧水直接氧化法可制备包括IrO2、RuO2及CeO2在内的多种金属氧化物纳米颗粒。可通过改变稳定剂的种类及用量对纳米氧化物团聚体的粒径进行调控。多齿羧酸配体对氧化物纳米颗粒的稳定机制为:配体分子一端的羧基与氧化物纳米颗粒表面的羟基形成酯键,将颗粒包覆,另一端的羧基则在水相中发生电离,产生静电位阻与空间位阻,增加其稳定范围,从而对纳米颗粒起到静电稳定的作用。
对多壁碳纳米管(MWNT)及鱼骨状碳管(HCNT)进行硝酸氧化并辅之以氢氧化钠洗涤,得到表面羧基含量可控的CNTs。在其上负载RuO2纳米颗粒,制备出RuO2/CNT纳米催化剂,以苯甲醇的催化氧化作为探针反应,考察了碳管表面羧基分布与催化剂分散度及催化活性之间的关系。研究结果显示,随着MWNT硝酸氧化时间由0.5 h增至24 h,碳管表面的-COOH含量及RuO2/CNT催化剂的Ru金属分散度先增大然后逐渐减小,在氧化处理8 h的MWNT载体上达到极大值,说明MWNT表面-COOH含量对RuO2纳米颗粒的分散度有显著影响,催化剂分散度与催化活性随硝酸氧化时间的变化则与-C=O或-OH的含量无明显关系。对于HCNT,亦有类似的规律,不同形态的碳管对上述过程无影响。以上结果表明,在CNTs表面的含氧基团中,-COOH对RuO2纳米颗粒的分散起到了重要作用,RuO2纳米颗粒主要在-COOH位点上吸附、成核、生长,故碳管表面的-COOH含量越高,RuO2/CNT催化剂的活性金属分散度更高,催化活性越好。因此,通过控制表面-COOH含量可以实现对RuO2/CNT催化剂性能的调控和优化。