以氧化石墨為分散劑的聚苯乙烯微球的制備及其金負(fù)載催化研究

王 梅, 賀永強(qiáng)

（1.山西師范大學(xué),山西 臨汾 044004；2.山西師范大學(xué)運(yùn)城學(xué)院,山西 運(yùn)城 044000）

引 言

氧化石墨（GO）與具有催化性能的粒子復(fù)合會(huì)使2個(gè)粒子之間產(chǎn)生電子轉(zhuǎn)移效應(yīng),可以大量減少光生電子與空穴對(duì)的復(fù)合,使催化劑的比表面積增大,從而使催化劑的催化活性增強(qiáng),并克制粒子團(tuán)聚現(xiàn)象［1］。最近兩年已經(jīng)有很多文獻(xiàn)報(bào)道,氧化石墨與一些具有催化性的粒子結(jié)合可表現(xiàn)出更高的催化活性［2］。又有文獻(xiàn)報(bào)道,化學(xué)和物理性質(zhì)穩(wěn)定的聚苯乙烯（PS）作為納米金的載體,這種復(fù)合粒子在新型光學(xué)、催化和光電性等很多領(lǐng)域具有巨大的應(yīng)用潛力。而聚苯乙烯顆粒分散性能極好,球狀外形較完美及粒徑大小易控制［3］。

在工業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)業(yè)廢水中經(jīng)常能檢測(cè)出硝基化合物,它們污染著我們周圍的環(huán)境。自從它們被發(fā)現(xiàn)以后,科學(xué)家們就利用各種化學(xué)和物理方法使其生成無(wú)毒物質(zhì)。本文先利用Hummers法制備氧化石墨懸浮液；其次,在不加任何還原劑和分散劑的條件下制備得到 Au/GO納米復(fù)合材料；再次,用Pickering乳液聚合法分別制備了Au/GO穩(wěn)定的聚苯乙烯（PS）；最后,用對(duì)硝基苯酚還原反應(yīng)對(duì)比2種復(fù)合物催化性能。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 復(fù)合材料的制備

首先,采用Hummers法制備氧化石墨,將一定質(zhì)量的氧化石墨分散到去離子水中,超聲,可得GO分散液。取一定體積0.72mg/mL的GO分散液加入到燒杯中,向小燒杯中加入2mL20mg/mL的HAuCl4溶液,磁力攪拌1min后,再向其中加入1.5mL 0.1mol/L的 NaOH 溶液,在84 ℃下攪拌15min,得到 Au/GO分散液［4］。

取100mL 0.72mg/mL Au/GO 分散液,與10mL苯乙烯、0.1g過硫酸銨混合后再超聲10min。制得乳液后通氮?dú)?回流,磁力攪拌下在70℃反應(yīng)3h,制備得 Au/GO－PS微球。

1.2 復(fù)合物在對(duì)硝基苯酚還原反應(yīng)中的催化活性研究

配制對(duì)硝基苯酚溶液：準(zhǔn)確稱取30mg對(duì)硝基苯酚,溶解,轉(zhuǎn)移到1 000mL容量瓶中,定容,搖勻,得0.03mg/mL的對(duì)硝基苯酚溶液。用稀釋的方法配制0.01mg/mL的對(duì)硝基苯酚溶液。

光催化對(duì)比：分別取30mL對(duì)硝基苯酚溶液于3個(gè)100mL燒杯中,分別加入10mg Au/GO－PS及10mg NaBH4、10mg Au/GO－PS及10mg NaBH4、10mg NaBH4,攪拌反應(yīng)相同時(shí)間后測(cè)不同反應(yīng)體系的吸光度。

2 結(jié)果與討論

2.1 氧化石墨烯表征（見圖1）

圖1 氧化石墨的（a）拉曼圖和（b）SEM圖

從圖1（a）中觀察得知,氧化石墨由石墨原來(lái)的一低一高的峰轉(zhuǎn)變?yōu)?個(gè)峰幾乎等高。從圖1（b）SEM中可以看出,氧化石墨像一張褶皺的紙。這兩種表征與已發(fā)表的文獻(xiàn)復(fù)合度較高。

2.2 復(fù)合材料表征（見圖2）

圖2 復(fù)合材料SEM照片

圖2中A圖片中,Au與GO復(fù)合后氧化石墨仍然呈片層狀,但由于Au的粒子半徑非常小,在10μm條件下仍然觀察不到Au粒子。在B圖片及A圖片中可以看到,片層狀的氧化石墨仍然存在,制得的PS微球附著在氧化石墨烯上。

2.3 復(fù)合材料催化活性的研究

為了探究制備的Au/GO－PS微球以及Au/GO的催化活性,我們選擇對(duì)硝基苯酚還原反應(yīng)作為研究對(duì)象。本實(shí)驗(yàn)在NaBH4過量的情況下,Au/GOPS微球、Au/GO作為催化劑把對(duì)硝基苯酚還原為對(duì)氨基苯酚,并利用紫外可見吸收光譜儀來(lái)檢測(cè)2種石墨烯復(fù)合物的催化活性,結(jié)果見圖3。

根據(jù)圖3分析可得,在400nm處,與曲線1相比,曲線2和曲線3有明顯的下降趨勢(shì)。我們從400nm處峰的減弱程度來(lái)判斷反應(yīng)的速度,3號(hào)曲線（加入Au/GO－PS）400nm減弱的程度最大,其次是2號(hào)曲線（加入Au/GO）,而1號(hào)曲線（僅加入硼氫化鈉）的反應(yīng)物在400nm處吸收峰的減弱程度最小。從峰的減弱程度來(lái)看,3＞2＞1,反應(yīng)速度3＞2＞1。

圖3 不同反應(yīng)條件下對(duì)硝基苯酚還原反應(yīng)的紫外吸收光譜圖

3 結(jié)論

采用改進(jìn)的Hummer法制氧化石墨（GO）,將其與Au制得Au/GO復(fù)合材料,然后用Au/GO作為乳化劑制備Au/GO－PS微球復(fù)合材料,并且通過對(duì)硝基苯酚的還原反應(yīng)來(lái)證明Au/GO－PS有高的催化活性。

參考文獻(xiàn)：

［1］ Yang Weinduo,Li Yanru,Lee Yichao.Synthiesis of r－GO/TiO2composites via the UV－assisted photocatalytic reduction of grapheme oxide［J］.Applied Surface Science 32350,2016：1－8.

［2］ 張翔.金納米、聚苯乙烯/Au復(fù)合物體系的制備及催化性能［D］.鄭州：鄭州輕工業(yè)學(xué)院,2015.

［3］ Dikin D A,Stankovich S,Zimney E J,et al.Preparation and characterization of graphene oxide paper［J］.Nature,2007（9）：2113－2117.

［4］ Kim H,Hahn H T.Viculis L M,et al.Elecd trical conductivity of Graphite polystyrene composites made from potassium intercalaled graphite［J］.Carbon,2007（7）：1578－1582.