碳纳米管-二氧化钌催化剂合成示意图
碳纳米管(CNT)因其独特的结构和物理化学性质而广泛应用于催化研究领域. 相关研究表明,经表面化学修饰引入的表面含氧基团(–OH, –C=O和–COOH等)可以改善CNT在水中的分散性, 增强催化剂与CNT的相互作用, 从而提高催化剂纳米颗粒在CNT表面的分散度. 通常认为这种基团效应是通过以下机理来实现的：金属离子首先吸附在CNT表面的含氧基团上, 然后在一定的条件下成核、生长, 形成纳米催化剂. 但是, 到目前为止, 这一机理还未被严格证明. 最近的研究结果显示, 经湿法化学修饰后, CNT表面的基团可能主要来自其表面吸附的碳碎片或褐素酸等. 在单壁碳纳米管上甚少存在直接修饰于侧壁的基团. 对湿法化学修饰后的CNT样品进行碱洗涤即可除去其表面吸附的物种,获得化学官能团与碳管侧壁直接相连的CNT样品. 到目前为止, 尚不清楚究竟是哪一类基团与纳米催化剂在CNT上的附着和分散密切相关. 华南理工大学化学与化工学院彭定芬等人研究表明, CNT表面的–COOH基团在纳米催化剂的分散过程中扮演了重要角色, 但是还缺乏定量的研究来明确–OH, –C=O和–COOH基团在这一过程中所起的作用.
近年来, H2O2作为一种绿色氧化剂在纳米氧化物制备过程中的应用得到了研究者的重视. 彭定芬等曾经将H2O2用于制备碳纳米管负载的RuO2纳米颗粒, 避免了碱液的使用, 无需焙烧即可得到平均粒径为1.5 nm的RuO2/CNT 纳米催化剂, 该催化剂具有良好的醇类液相催化氧化和甲醇低温催化氧化脱氢性能.随后，他们采用硝酸氧化方法对多壁碳纳米管(CNT)的侧壁进行修饰, 得到表面羧基含量可控的CNT, 并进一步考察了碳管表面基团分布与纳米 RuO2催化剂在CNT上的分散度及催化氧化活性之间的关系. 以多齿羧酸配体作为稳定剂, 合成了RuO2和IrO2纳米颗粒水溶胶, 并通过改变配体的种类及数量对纳米颗粒团聚体粒径进行调控. 研究结果表明, 羧酸配体和碳管表面的羧基均有助于纳米氧化物颗粒的分散.