Page 123 - 精细化工2019年第9期

第 9 期 沈 洁，等: 石墨烯负载钴纳米粒子催化还原 4-硝基苯酚 ·1851·

琐，且需要用到大量强酸性与强氧化性的药品，不 析材料组成；使用 Raman 微探针获得拉曼光谱；使
符合绿色化学的要求。 用透射电子显微镜（TEM）和高分辨透射电子显微
为此，Wang 等 [15] 采用煅烧法制备出了性能优 镜（HRTEM）测定复合材料的形貌和颗粒尺寸；使
异的石墨烯，此方法原料易得，过程简单经济，绿 用 UV-Vis 分光光度计测定样品最大波长 400 nm 处
色环保，但需要于 1350 ℃高温煅烧，能耗和成本 的吸光度来监测样品的催化性能。
较高，限制了此方法的应用。本文以葡萄糖作为碳 1.4 复合材料的催化还原反应
源，利用煅烧的方法在 900 ℃同步实现了石墨烯片 复合材料的催化性能由催化还原 4-NP 的效果
层结构的形成和 Co 纳米粒子的原位负载，制备得 来检测，通过 UV-Vis 分光光度计测定样品在最大波
到 Co-石墨烯复合材料，由于生成的 Co 可促进葡萄 长 400 nm 处的吸光度来确定催化过程中 4-NP 浓度
糖石墨化，从而降低了煅烧温度，节约了成本。通 的变化。将 10 mL 蒸馏水和 10 mL 对硝基苯酚水溶
过 XRD、FTIR、XPS、Raman、UV-Vis 和 TEM 对 液（1 mol/L）先后加于 50 mL 烧杯中，搅拌下，加入
Co-石墨烯的结构与形貌进行了表征，并将 Co-石墨 3.8 mg NaBH 4 （0.1 mmol）和 4 mg 催化剂。反应过
烯复合材料用于催化还原 4-NP 反应。 程中每隔一定时间（2 min）取样，高速离心后取上
层清液，检测其 UV-Vis 吸收光谱。反应完毕后，复
1 实验部分
合材料在外加磁场分离后，用蒸馏水和乙醇洗涤数

1.1 试剂与仪器 次，真空干燥完毕后，可用于下一次反应。在不同反
[16]
氧化石墨（自制） ；硝酸钴〔Co(NO 3 ) 2 ·6H 2 O〕， 应时间下 4-NP 的浓度和吸收强度的关系如下所示：
AR，东莞东江集团；葡萄糖（C 6 H 12 O 6 ·H 2 O），AR， c t /c 0 =A t /A 0
式中：c t 和 A t 是残留的 4-NP 浓度和在任何反应时间
上海汉光试剂厂；氯化铵（NH 4 Cl），AR，武汉强松
精细化学品公司；对硝基苯酚（4-NP），AR，新华 测量的吸收强度，而 c 0 和 A 0 分别代表 4-NP 的初始
浓度和吸收强度（c 0 和 c t 单位为 mol/L）。
材料研究所；硼氢化钠（NaBH 4 ）、硝酸（HNO 3 ），
AR，国药集团化学试剂有限公司；去离子水（自制）。 2 结果与讨论
管式炉（GLT-1200/G），青岛金立盾电子设备有
限公司；D/max 2500 PC 型粉末 X 射线衍射仪 2.1 Co-石墨烯复合材料的结构表征
（XRD），日本 Rigaku 公司；Nicolet370 型傅里叶 Co-石墨烯材料的 XRD 和 FTIR 表征结果见图 1。
变换红外光谱仪（FTIR），美国 Thermo Nicolet 集团；
CPHI-5000C ESA 型 X 射线光电子能谱仪（XPS），
美国 PHI 公司；InVia Reflex 型拉曼光谱仪（Raman），
美国 Renishaw 公司；JEOL JEM-2100 透射电子显微
镜（TEM），日本 JEOL 公司；DDR UV-2700 型光
谱仪（UV-Vis），日本 Shimadzu 公司。
1.2 制备
所制备的 Co- 石墨烯 复合材 料 表示为
Co-graphene x 〔x 为 Co(NO 3 ) 2 ·6H 2 O 与葡萄糖的物质
的量比〕。将 2.9 g Co(NO 3 ) 2 ·6H 2 O (10 mmol)，2.0 g
葡萄糖（10 mmol）和 2.0 g NH 4 Cl 混合均匀后置于
管式炉中。将混合物在 N 2 氛围中以 3 ℃/min 升温
至 900 ℃，并保持 3 h。冷却后，得到的样品标记
为 Co-graphene 1.0 。同时分别合成 Co-graphene 2.0 和
Co-graphene 0.5，不含 Co 的还原氧化石墨烯样品记作
RGO 用于比较。
1.3 表征
通过 X 射线衍射仪（XRD，Cu K α 辐射，λ=
0.15406 nm，扫描范围 2θ 为 10~80）来分析 Co-石墨

烯复合材料的晶体结构；采用傅里叶变换红外光谱 图 1 Co-石墨烯复合材料的 XRD 图（a）；Co-石墨烯复
–1
仪（FTIR，KBr 粉末压片，扫描范围为 400~4000 cm ） 合材料、GO 的 FTIR 图（b）
分析复合材料表面的含氧官能团类型；采用 X 射线 Fig. 1 XRD patterns of Co-graphene 1.0 composite (a); FTIR
光电子能谱仪（XPS，Mg K α 靶，hv=1253.6 eV）分 spectra of Co-graphene 1.0 composite and GO (b)