如何提高催化活性：负载型纳米催化剂制备与探究

负载型纳米催化剂由于具有高效的催化性能和良好的稳定性，因此在催化领域受到了广泛的关注和应用。目前，各种载体用于制备负载型纳米催化剂以提高催化活性，例如碳材料、导电聚合物和金属氧化物。其中，氧化石墨烯（graphene oxide，GO）由于其具有大的表面积、快速电子传输特性、制备成本低、独特热力学、光学及机械性能等优点，被认为是最具有应用前景的用来稳定和分散纳米粒子的载体。以氧化石墨烯作为载体，一方面石墨烯片能够防止具有高表面能的活性粒子团聚，尤其是对于具有磁性的纳米粒子。另一方面，负载在氧化石墨表面的活性纳米粒子可以起到隔层的作用，能够有效减缓石墨烯片的凝聚结块。据报道，催化反应中活性纳米粒子具有良好的分散性和均一的粒径大小能够明显提高催化性能。此外，石墨烯与负载纳米粒子之间的协同作用对增强催化能力起着至关重要的作用。

最近，镍基纳米复合纳米粒子由于其在一些特定催化过程中表现出良好的催化性能而受到广泛关注。尤其是镍-贵金属复合纳米粒子，研究表明贵金属与磁性镍纳米粒子之间的耦合作用可以产生强烈协同作用，从而大幅增强对反应的催化效率。此外，制备镍与贵金属纳米复合纳米粒子催化剂，在一定程度上降低了制备成本并且镍的磁性使得催化剂易于回收便于重复利用。目前，已采用多种技术制备具有不同结构的镍基及镍基纳米材料，例如溅射法、静电纺丝法、水热法及湿法化学，其中大部分合成技术的实验条件要求严格、制备过程耗时长且耗资较多。因此，为了简化制备过程和降低实验成本，亟需研发一种操作简便且易于重复的制备镍-贵金属复合纳米粒子的方法。

出于实际应用的目的，硼氢化钠将对硝基苯酚（4-nitrophenol，4-NP）还原为对氨基苯酚（4-aminophenol，4-AP）这一反应被广泛用于探究催化剂的催化性能。因为在该反应体系中，产物4-AP是非常重要的化工合成中间体，利用4-AP可以制备染料、显影剂、止痛和退热药剂、腐蚀抑制剂和抗腐蚀润滑剂等化工产品，而反应物4-NP是常见的工业或农业废水中的有机污染物。由于反应中存在较高的动力学势垒及负离子硼氢酸根离子和对硝基苯酚离子之间的相互排除作用，导致该环境友好型反应在没有催化剂的条件下很难进行。目前，大量工作报道了关于催化4-NP还原反应的负载型双金属纳米粒子的制备及性能研究。Kidwai等人通过原位化学共还原的方法制备了还原氧化石墨烯负载AgxNi100-x合金纳米粒子，该可重复使用的催化剂对于硝基化合物的还原具有良好的催化活性。Wang等人在室温条件下通过金属溅射方法合成了石墨烯负载Pd Au纳米粒子，通过控制合金中铂和金的比例，该催化剂对于氧化和还原反应均表现出优异的催化性能。最近，Hatamifard与其同事利用鸡蛋壳这一自然资源作为环境友好型的载体制备负载型Cu/Fe2O3复合纳米粒子，该纳米粒子对4-NP还原反应表现出良好的催化活性和稳定性。并且，该工作为合成低廉、高活性及良好稳定性的催化剂提供了新的设计思路。(www.xing528.com)

因此，本章通过原位共还原方法制备了还原氧化石墨烯负载的镍-金复合纳米粒子（RGO-Ni-Au），制备过程中以水合肼为还原剂并且没有添加任何表面活性剂。我们对制备粒子的条件进行了探究，发现水合肼的用量对RGO-Ni的形貌和镍的分散性有很大的影响，而与氯金酸的反应时间会影响RGO-Ni-Au的形貌，并且金纳米粒子以多种结合方式负载于RGO-Ni表面。所制备的RGO-Ni-Au复合纳米粒子，其组成中RGO具有良好的导电性，镍纳米粒子具有磁性且Ni-Au均有催化性能。为了探究该可回收复合纳米粒子的催化性能，我们研究了其对NaBH4诱导的4-NP还原反应和染料降解的催化行为。将其催化性能与RGO负载的单金属纳米粒子（RGO-Ni、RGO-Au）和无载体的Ni-Au复合纳米粒子进行对比。并且探讨了载体RGO及双金属Ni-Au的协同作用对增强催化作用的影响。