[发明专利]一种高负载银纳米粒子中空介孔二氧化硅复合微球催化剂的制备和应用

说明书

本发明涉及一种高负载银纳米粒子中空介孔二氧化硅复合微球的制备方法，首次在以聚丙烯酸为软模板、正硅酸四乙酯和双‑[3‑(三乙氧基硅)丙基]四硫化物为硅源，利用stober法制备掺杂中空介孔二氧化硅微球的基础上，通过水热法在中空介孔二氧化硅微球表面及内腔原位负载银纳米颗粒，获得一种高负载银纳米粒子中空介孔二氧化硅复合微球。将本发明所述制备的复合微球用于催化硼氢化钠还原4‑硝基苯酚转化为4‑氨基苯酚反应中，可有效提高4‑硝基苯酚转化反应速率。本发明中高负载银纳米粒子中空介孔二氧化硅复合微球结构稳定且为环境友好材料，负载银纳米粒子方法简单，负载量高，催化性能稳定高效；本发明所述的高负载银纳米粒子中空介孔二氧化硅复合微球制备所涉及的原料来源广泛、价格低廉、基本无毒，工艺要求简单，适合大规模生产，具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于催化剂开发技术领域，具体涉及一种高负载银纳米粒子中空介孔二氧化硅复合微球催化剂的制备，以及该复合催化剂在催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚转化为4-氨基苯酚中的应用。

背景技术

中空介孔二氧化硅微球是一类具有独特形态的材料，其粒径范围在纳米级至微米级时，具有高比表面积、低密度以及良好的稳定性等特性。由于其内部中空，可以封装其它具有特殊功能的物质，因此可以应用到药物控释、化学催化和生物化学等方面；同时，通过调整微球尺寸以及空腔和壁厚可以有效实现对隔声、光热等性能的设计，在工业上有广泛的应用前景。

银纳米粒子凭借其小尺寸效应、表面效应、量子尺寸效应等，在光、电、磁等方面具有巨大的应用潜力，其在催化领域的应用前景已得到广大研究人员的认可，但银纳米粒子在制备过程中容易发生团聚而使其性能降低。因此，将银纳米粒子负载在介孔二氧化硅材料上，可以有效防止银纳米粒子的团聚，并提高银纳米粒子的分散性与稳定性。但是，目前，载银纳米粒子二氧化硅微球的制备过程中普遍存在制备过程复杂，载银量不高等技术问题，这严重影响了载银二氧化硅微球在催化领域的应用，因此，开发一种制备方法简单，负载量高的载银二氧化硅复合微球是非常有现实意义的。

发明内容

本发明旨在提供一种高负载银纳米粒子中空介孔二氧化硅复合微球的制备方法。

本发明的另一目的是提供上述高负载银纳米粒子中空介孔二氧化硅复合微球催化剂在催化硼氢化钠还原4-硝基苯酚转化为4-氨基苯酚反应中的应用，获得催化剂的使用方法。

为解决以上技术问题，本发明采取的技术方案是：

一种高负载银纳米粒子中空介孔二氧化硅复合微球的制备方法，包括如下步骤：

将聚丙烯酸与氨水的混合溶液在磁力搅拌条件下缓慢滴加至乙醇中，形成软模板；

将正硅酸四乙酯和双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物的混合溶液在磁力搅拌条件下缓慢滴加至步骤(1)所得的混合体系中，反应结束后离心、洗涤并冷冻干燥即制得中空介孔二氧化硅纳米微球；

取一定量步骤(2)制备的二氧化硅纳米微球与一定量的硝酸银溶液加热并在磁力搅拌下反应一段时间，以制得负载银纳米粒子中空介孔二氧化硅复合微球。

步骤(1)中，每0.25g聚丙烯酸需要与4.5mL氨水、90mL乙醇混合以制备聚丙烯酸胶团作为中空介孔二氧化硅微球的模板剂。

步骤(1)中，磁力搅拌的时间大约是30-40min，以30min为优。

步骤(2)中，正硅酸四乙酯与双-[3-(三乙氧基硅)丙基]四硫化物的体积比为10∶1-11∶1，优选11∶1。

步骤(2)中，乙醇与正硅酸四乙酯的体积比为80∶1-90∶1以改变介孔二氧化硅壳的厚度，优选90∶1。

步骤(2)中，磁力搅拌的时间为10h。

步骤(3)中，硝酸银与二氧化硅纳米微球的质量比为1∶2或1∶3，优选1∶3的质量比。