Page 122 - 精细化工2019年第9期

第 36 卷第 9 期 精 细 化 工 Vol.36, No.9
201 9 年 9 月 FINE CHEMICALS Sept. 2019

催化与分离提纯技术
石墨烯负载钴纳米粒子催化还原 4-硝基苯酚

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沈 洁，叶少琛，金 磊，陈海群，何光裕
（常州大学 石油化工学院 常州市石墨烯环境安全材料重点实验室，江苏 常州 213164）

摘要：以葡萄糖为碳源、NH 4 Cl 为发泡剂、纳米金属 Co 为促进葡萄糖石墨化的催化剂，通过一步法制备了 Co-
石墨烯复合材料，实现了石墨烯的形成和 Co 纳米粒子原位生长的同步进行。通过 XRD、FTIR、XPS、Raman、
UV-Vis 和 TEM 对该复合材料的结构与形貌进行了表征。将 Co-石墨烯复合材料用于催化还原对硝基苯酚（4-NP）
反应。在室温下，使用 4 mg 催化剂可于 8 min 内将 1.39 mg 4-NP 全部还原。复合材料通过简单的磁分离可循环
利用，使用 5 次后，4-NP 转化率依然高达 86%。
关键词：石墨烯；钴纳米粒子；石墨烯复合材料；催化还原
中图分类号：TQ426.61 文献标识码：A 文章编号：1003-5214 (2019) 09-1850-07

Catalytic Reduction of 4-Nitrophenol by Graphene-Supported
Cobalt Nanoparticles

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SHEN Jie, YE Shao-chen, JIN Lei, CHEN Hai-qun, HE Guang-yu
（Changzhou Key Laboratory of Graphene-based Materials, School of Petrochemical Engineering, Changzhou
University, Changzhou 213164, Jiangsu,China）

Abstract: Co-graphene composites were prepared by a simple one-step method using glucose as carbon
source, NH 4Cl as blowing agent and nanometal Co as catalyst for promoting graphitization of glucose.The
formation of graphene and the in-situ growth of Co nanoparticles could be simultaneously performed in this
process. The structure and morphology of the composites were characterized by XRD, FTIR,XPS, Raman,
UV-Vis and TEM. The composites were then applied to catalytic reduction of 4-nitrophenol (4-NP).The
results showed that 1.39 mg 4-NP was completely reduced within 8 min in the presence of 4 mg catalyst at
room temperature. The Co-graphene composite can be recycled by simple magnetic separation and the
conversion rate of the 4-NP is still as high as 86% after used 5 times.
Key words: graphene; cobalt nanoparticles; graphene composite; catalytic reduction

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对氨基苯酚（4-AP）作为一种重要的精细化工 目前，Pt 、Au 、Ag [10] 和 Co [11] 等金属纳米粒
中间体，被广泛运用到医药、农药和染料等多个领 子已被作为催化硼氢化钠还原 4-NP 的催化剂。其
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域 。现阶段常用铁粉还原 、催化加氢 、电化学 中，Co 因具有价格低廉、可磁分离且催化活性高等
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还原 等方法催化还原对硝基苯酚（4-NP）以制备 优点 [12] 被广泛运用。但由于纳米颗粒易团聚使其催
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4-AP。然而，铁粉还原会造成难以处理的三废污染 ， 化活性降低，限制了此类催化剂的运用。为了提高
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催化加氢反应复杂，同时会使用腐蚀性强酸 ，这 金属纳米粒子的催化活性，引入载体来抑制金属纳
些不足限制了 4-AP 的大规模生产。用金属纳米颗粒 米粒子的团聚同时增加活性位点是一种有效的方
催化硼氢化钠还原 4-NP 具有催化效率较高、绿色环 法 [13] 。石墨烯具有比表面积大、电子传递快且稳定
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保、易于操作等优点 ，近年来引起了国内外研究 性高等特点 [14] 。传统上制备石墨烯基金属复合材料
者广泛的关注。 是将石墨烯氧化后，再负载金属纳米颗粒，过程繁

收稿日期：2019-01-14; 定用日期：2019-04-11; DOI: 10.13550/j.jxhg.20190048
基金项目：国家自然科学基金（51572036，51472035）
作者简介：沈 洁（1993—），女，硕士生。联系人：何光裕（1973—），女，教授，E-mail：hegy@cczu.edu.cn。