[发明专利]一种非PNIPAm基温敏智能镍催化剂的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于有机高分子材料技术领域，具体涉及一种非聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）基温敏智能镍催化剂的制备方法。

背景技术

长期以来，实现对催化作用过程的控制与调节一直是行业急需解决的重大科学问题。合成化学及智能新材料领域的发展为这一目标的实现创造了条件。受药物控制释放技术的启发，科学家们发现，采用聚N-异丙基丙烯酰胺（PNIPAm）为载体、金属纳米粒子为活性组分，可发展出具有温度响应能力的新概念催化剂；当改用聚丙烯酸、冠醚聚合物、三苯甲烷基聚合物等为金属纳米粒子载体时，可制得具有pH、离子及光等响应能力的新型催化剂。与改变pH、离子等相比，实现温度的控制更易于操作，且设备要求相对较低，故成为应用最广泛的调制手段。由于临界温度条件温和，且响应迅速，PNIPAm是当今应用最成功和最广泛的温敏性智能材料。已经知道，PNIPAm的亲水性酰胺基-疏水性异丙基的结构特点使其在水相介质中形成了独特的临界溶解温度(~32 ^oC)。在低于临界温度时，PNIPAm中酰胺基与水相介质的氢键相互作用促进了其在水中的溶解，使底物获得了通往活性组分的通道，催化作用被 “打开”；反之，当高于临界温度时，聚合物中亲水性酰胺基-疏水性异丙基的相对平衡被打破，聚合物变得不溶于水，水迅速从其内部排出，导致底物通道的“堵塞”，从而使催化作用获得了“关闭”。以这种独特的方式，智能催化剂通过临界温度条件下PNIPAm的热敏相变，使化学反应获得立即的跃迁或“冻结”，跳过或停留在预设的位置，从而实现对化学作用过程的控制及调节。

然而，在实际应用中，多数聚合物载体并不像PNIPAm，没有热敏相变行为及相变点，无法满足可控制、可调节催化作用的要求，从而给智能催化剂的应用造成了明显的障碍。中国专利亦无非PNIPAm温敏智能催化剂的报道。为克服这种现状，少数研究者进行了探索性工作，采用了几种不同形态的聚合物用作金属纳米粒子的载体，如：水凝胶、蛋黄-壳型纳米粒子、功能化的微球等（Angew. Chem. Int. Ed., 2012, 51, 9164-9168; New J. Chem., 2010, 34, 1355-1364; Nano Lett., 2008, 8, 2643-2647），发展出形态各异的功能催化剂。然而，由于这些载体聚合物不具备智能响应的性质和能力，因此所获得的催化剂无法满足可控制、可调制催化作用的要求，无法产生实用的智能催化剂，从而迫使人们发展更具普适性及更高智能催化材料的新方法。

发明内容

本发明的目的是针对行业急需解决的重大科学问题，提供一种非PNIPAm基温敏智能镍催化剂的制备方法，该方法采用自动愈合聚合物为载体，授予催化剂智能温敏响应能力，具有原料易得、工艺简单，并具有一定的普适性等特点。

一种非PNIPAm温敏智能镍催化剂的制备方法，按照下述步骤进行：催化剂前驱体一步合成：自动愈合所需互补相互作用由1：1摩尔比的乙烯基咪唑和丙烯酸（或由1：1摩尔比的2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸和丙烯酰胺构成）构成。将引发剂（偶氮二异丁氰；0.30 g）、功能单体（1-乙烯基咪唑和丙烯酸；均5.5 mmol）、活性组份前驱体（六水合硝酸镍；0.40 g）和交联剂（EGDMA；6 wt-%的功能单体量）溶解在乙腈中（10 mL）。经超声分散及通氮气脱氧后，密封试管，置于室温下于紫外灯(365 nm)照射24小时，聚合成形成催化剂前驱体。前驱体中镍离子经过量硼氢化纳还原(10倍于镍离子)，经水清洗过滤后真空干燥后，得到所需催化剂。

本发明制备方法简单，操作方便，并具有一定的普适性，所需设备要求不高，易于实现大规模工业化生产。

附图说明

图1为本发明实施例1中所制备催化剂的工艺技术路线。

图2为本发明实施例1中所制备催化剂的FTIR光谱。

图3为本发明实施例1中所制备催化剂的TEM照片。

图4为本发明实施例1中所制备催化剂的动态散射DLS相变曲线。

图5为本发明实施例1中所制备催化剂温度响应性的调制催化作用。

图6为本发明实施例2中所制备催化剂温度响应性的调制催化作用。

图7为本发明实施例3中所制备催化剂温度响应性的调制催化作用。

图8为本发明实施例4中所制备催化剂温度响应性的调制催化作用。

具体实施方式