壳聚糖金纳米粒子合成路线
2009年,Chang等采用共沉淀法得到 Fe3O4@Chitosan核壳结构,随后用NABH4还原Au3+制得负载AuNPs的核壳型Fe3O4@ Chitosan⁃AuNPs。壳聚糖包覆层不仅起到吸附和稳定AuNPs的作用,同时,对AuNPs的吸附能力随Au3+初始浓度的增加而增强。该路线制得 AuNPs的平均粒径为3.14 nm(TEM)。催化NaBH4还原4⁃NP的结果表明:催化活性与催化剂的加入量,4⁃NP的初始浓度和反应温度密切相关,催化剂加入量增加、4⁃NP初始浓度降低、反应温度升高均能加速反应。40℃时,拟一级速率常数可达1.47×10-2 s-1。反应完成后催化剂利用外加磁场可得到快速、高效分离,循环使用11次后,催化活性几乎没变,呈现优异的催化活性和稳定性。此外,整个反应在水溶液中进行,反应条件温和且符合绿色化学化工的理念。
2012年,Zhang等首次制得Fe3O4@PEI⁃AuNPs核壳材料并用于催化还原4⁃NP。碱性条件下首先得到Fe3O4纳米颗粒,随后通过静电作用吸引PEI并包覆于预先形成的Fe3O4表面;用NaBH4还原Au3+,得到Fe3O4@ PEI⁃AuNPs核壳型纳米催化剂;AuNPs呈单分散分布状态,平均粒径为2±0.5nm(TEM)。室温催化NaBH4还原4⁃NP的研究结果表明:相同条件下,Fe3O4@Au完成反应需要60 min, 而Fe3O4@ PEI⁃Au约15 min即可完成反应,证实Fe3O4@PEI⁃Au对4⁃NP还原具有优异的催化活性,拟一级速率常数为6.8×10-3 s-1。 他们认为该数值与文献报道高聚物负载Au催化剂的最大速率常数相当。此外,核壳材料的饱和磁化强度为 62.6 emu/g,经磁控分离,循环使用10次后转化率仍高于98%,表明其具有优良稳定性。显然,采用PEI作为壳层担载AuNPs,不仅丰富了包覆层的选择范围,也为制备核壳结构催化剂提供了新思路。
Marcelo等首次利用多巴胺可包裹磁性材料和同时原位还原及络合稳定AuNPs的特点,制备得到Fe3O4@多聚γ⁃苄基⁃L⁃谷氨酸酯(PBLG)载体和Fe3O4@ PBLG⁃AuNPs核壳纳米催化剂。催化材料的饱和磁化强度为63.0 emu/g,AuNPs尺寸均一,约6 ± 1nm(FE⁃SEM)。室 温下,Fe3O4@PBLG⁃AuNPs催化NaBH4还原4⁃NP的反应结果表明:反应没有副产物形成,50 min 4⁃NP 全部转化为4⁃AP。催化剂可通过外加磁场快速分离、回收。循环使用8次后转化率依然高达100%,且前5次反应均能在50 min 内完成,此后反应时间稍有延长,8次后转化率开始下降。表明合成催化材料具有高磁性、高稳定性,但反应时间稍长。
2013年,Zeng等利用聚合多巴胺(PDA)作为壳层材料合成核壳型Fe3O4@PDA⁃AuNPs。 合成步骤如下:(1)首先采用溶剂热法制备Fe3O4纳米颗粒;(2)温和条件下,多巴胺自动聚合于Fe3O4颗粒表面形成稳定多聚多巴胺(PDA)包覆层;(3)利用多巴胺的还原性、稳定性及吸附Au3+的能力得到AuNPs,从而获得核壳结构催化剂。表征结果证实,AuNPs的尺寸和含量与HAuCl4的初始浓度有关。整个合成过程简单、低毒、高效,无需额外还原剂和热处理。用Fe3O4@PDA⁃AuNPs催化NaBH4还原4⁃NP的反应结果表明:HAuCl4的初始浓度对催化活性有极大的影响,浓度过低(3×10-4M)和过高(9×10-4 M)都会降低催化活性,当初始浓度为6×10-4 M时,催化效果较好,拟一级速率常数为1.05 × 10-2 s-1,6 min 内 4⁃NP 转化率达到99%。此外,该催化剂对邻硝基苯胺、间硝基苯胺、硝基甲苯和硝基氯苯也呈现良好的催化活性;反应完成,经磁控分离、循环使用8次时邻硝基苯胺的转化率仍高达98%;TEM结果表明,循环8次后催化剂仍保持良好的结构和分布形态,证实催化剂具有优良的重复使用性。同年,Guo等通过磁性核和功能单体间的氢键作用,制备了Fe3O4@聚乙烯吡啶⁃Co⁃二乙烯苯(Fe3O4@ P(4VP⁃DVB))核壳结构微球,随后以NaBH4为还原剂,制得Fe3O4 @ P(4VP⁃DVB)@ Au纳米催化剂。合成材料在NaBH4还原4⁃NP的反应中呈现出高催化活性和高稳定性;饱和磁化强度为31.9 emu/g,可实现简单磁性分离 , 循环使用10次后,4⁃NP 的转化率仍达到98%,且Au颗粒几乎没有流失。