高分散Ag/C3N4的制备及对硝基苯酚催化还原性能的研究
引用本文:陈兵兵，解鹤，康建，等.高分散Ag/C3N4的制备及对硝基苯酚催化还原性能的研究[J].化学试剂，2024，46（2）：55-60.
DOI:10.13822/j.cnki.hxsj.2023.0696
背景介绍
金属纳米颗粒在催化、传感和光学等领域具有巨大的应用潜力，由于较高的表面能而聚集形成大颗粒，严重影响了其催化活性。将金属纳米颗粒负载到载体上（如共价有机框架、沸石和碳材料等）可有效的避免聚集现象。柔喷雾技术是将一种反应物溶液超声雾化为微液滴，再以缓慢的速度喷到另一种反应物溶液表面的技术；具有体积小、质量轻、界面干扰小等特点，为调控纳米颗粒尺寸和形貌的提供了可能。
文章亮点
1.报道了一种柔喷雾技术和热缩聚相结合的方法，制备了高分散Ag/C3N4纳米材料；
2.高分散Ag/C3N4在对硝基苯酚的催化还原中表观速率常数（Kapp）为192.5×10-3 min-1，在20 min内催化效率高达99.8%，经过5次循环后催化效果仍保持在97%以上；
3.柔喷雾技术为纳米颗粒的制备和形貌的调控提供了新的思路。
内容介绍
1 实验部分
1.1 主要仪器与试剂
1.2 实验方法
将100 mg MC-Ag、MB-Ag和MCB-Ag 3种超分子前驱体分别置于管式炉中，在N2氛围下以5 ℃/min速度升温到550℃，在此温度下热缩聚2 h，分别得到棕黄色MC-Ag /C3N4、灰黑色MB-Ag/NC和深棕黄色的MCB-Ag/NC。同时，以三聚氰胺为原始制备g-C3N4。
称取34.8 mg对硝基苯酚用去离子水溶解后定容在50 mL容量瓶中，取1 mL对硝基苯酚溶液于200 mL的烧杯中，分别加入90 mL去离子水和284 mg NaBH4，充分溶解后，加入10 mg 上述催化剂，测定吸光度随时间的变化曲线。
2 结果与讨论
2.1 形貌分析
MCB-Ag、MC-Ag和MB-Ag 3种超分子前驱体形貌，热缩聚产物形貌和TEM形貌如图1所示。
2.2 XRD分析
不同热缩聚的粉末XRD晶体结构如图2a所示。MB-Ag/NC和MCB-Ag/NC在没有观察到g-C3N4衍射峰，不存在g-C3N4，说明银纳米颗粒分散到碳基材料中。
2.3 FT-IR分析
FT-IR分析研究了热解样品的组成结构，如图2b所示。
2.4 XPS分析
利用XPS进一步分析了MC-Ag/C3N4和MB-Ag/NC的表面元素组成及其价态（图2c~2f）。
2.5 降解对硝基苯酚
以对硝基苯酚（p-NP）转化为对氨基苯酚（p-AP）的效率来评价热缩聚材料的性能，由于反应物p-NP和产物p-AP的吸光度存在明显差异，因此可以通过测量不同时间吸光度来跟踪还原性能，如图3所示。
3 结论
首先利用柔喷雾技术在液液界面上制备了3种MC-Ag、MB-Ag和MCB-Ag银配位的超分子前驱体膜，其中N-Ag-N配位键的形成使银离子高度分散在超分子中；再热缩聚得到银纳米材料。在对硝基苯酚的催化还原对比的实验中，MC-Ag/C3N4表现出了优良的催化活性，时间短、效率高、稳定性强，主要是MC-Ag/C3N4具有类似g-C3N4二维结构，为对硝基苯酚和NaBH4表面接触提供了更多的活性位点。总之，采用柔喷雾技术制备高分散金属超分子的前驱体，再热解成金属C3N4材料，为高分散金属纳米颗粒的制备提供好的思路。
