Page 127 - 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 ·1855·

与表 1 中的催化剂 NiO [30] 、RGO/Pt-Ni [31] 、 4-AP。当温度在 40 ℃时，反应完成仅需 4 min，且
Cu 2 O@h-BV [32] 相比，本文所制备的 Co-graphene 1.0 催化剂可磁性分离，具有优异的重复使用性能，说
催化剂使用量少，却显示出更高的催化活性。由于石 明 Co-graphene 1.0 复合材料是一种性能优良的催化
墨烯具有较大的比表面积和优异的电子传输能力， 材料，具有良好的应用前景。
显著提高了纳米复合材料的催化活性。尽管 Co 的催
参考文献：
化活性明显弱于贵金属，但石墨烯的优异性能赋予
[1] Sun J W, Fu Y S, He G Y, et al. Catalytic hydrogenation of
了所制备的 Co-graphene 1.0 复合材料良好的催化活
nitrophenols and nitrotoluenes over a palladium/graphene
性。 nanocomposite[J]. Catalysis Science & Technology, 2014, 4(6):
2.3 Co-graphene 复合材料催化还原对硝基苯酚机理 1742-1748.
[2] Rode C V, Vaidya M J, Chaudhari R V. Synthesis of p-aminophenol
Co-graphene 催化还原对硝基苯酚机理见图 7。 by catalytic hydrogenation of nitrobenzene[J]. Organic Process
Research & Development, 1999, 3(6): 465-470.
[3] Deshpande A, Figueras F, Kantam M L, et al. Environmentally
friendly hydrogenation of nitrobenzene to p-aminophenol using
heterogeneous catalysts[J]. Journal of Catalysis, 2010, 275(2):
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[4] Zhang Z Y, Shao C L, Zou P, et al. In situ assembly of well-dispersed
gold nanoparticles on electrospun silica nanotubes for catalytic
reduction of 4-nitrophenol[J]. Chemical Communications, 2011,
47(13): 3906-3908.
[5] Mohamed M M, Al-Sharif M S. One pot synthesis of silver

nanoparticles supported on TiO 2 using hybrid polymers as template
图 7 Co-graphene 催化还原 4-硝基苯酚机理图 and its efficient catalysis for the reduction of 4-nitrophenol[J].
Fig. 7 Mechanism of catalytic reduction of 4-nitrophenol Materials Chemistry and Physics, 2012, 136(2): 528-537.
by Co-graphene composite [6] Wang S F, He B B, Wang Y J, et al. MgAPO-5-supported
Pt–Pb-based novel catalyst for the hydrogenation of nitrobenzene to
p-aminophenol[J]. Catalysis Communications, 2012, 24: 109-113.
如图 7 所示，石墨烯的存在增加了催化剂与反 [7] Hasan Z, Ok Y S, Rinklebe J, et al. N doped cobalt-carbon composite
应物之间的碰撞概率，所以石墨烯基纳米催化剂具 for reduction of p-nitrophenol and pendimethaline[J]. Journal of
Alloys and Compounds, 2017, 703: 118-124.
有较好的吸附能力。随着反应物的加入，4-NP 会通 [8] Wunder S, Polzer F, Lu Y, et al. Kinetic analysis of catalytic
过石墨烯的 π-π 堆叠作用和硝基中的缺电子 N 原子 reduction of 4-nitrophenol by metallic nanoparticles immobilized in
与石墨烯上含氧基团的富电子 O 原子之间的静电相 spherical polyelectrolyte brushes[J]. The Journal of Physical
Chemistry C, 2010, 114(19): 8814-8820.
互作用吸附到 Co-graphene 复合材料表面。同时， [9] Lin F, Doong R. Bifunctional Au-Fe 3O 4 heterostructures for
–
加入的 NaBH 4 可直接与水发生反应，由 BH 4 在 Co magnetically recyclable catalysis of nitrophenol reduction[J]. Journal
–[33] of Physical Chemistry C, 2011, 115(14): 6591-6598.
纳米颗粒上氧化成的 BO 2 释放电子以还原 4-NP
[10] Li Y P, Cao H B, Liu C M, et al. Electrochemical reduction of
产生 4-AP。由于石墨烯优异的电子传输能力，反应 nitrobenzene at carbon nanotube electrode[J]. Journal of Hazardous
中的电子传输速率得到了提升。还原完成后，硝基 Materials, 2007, 148(1): 158-163.
[11] Yan N, Zhao Z, Li Y, et al. Synthesis of novel two-phase
的缺电子 N 原子将会转变为氨基的富电子 N 原子。 Co@SiO 2nanorattles with high catalytic activity[J]. Inorganic
反应产生的 4-AP 通过氨基的富电子 N 原子和石墨 chemistry, 2014, 53(17): 9073-9079.
烯上含氧基团的富电子 O 原子之间的静电排斥作用 [12] Yang L, Cao N, Du C, et al. Graphene supported cobalt(0)
nanoparticles for hydrolysis of ammonia borane[J]. Materials Letters,
而从 Co-graphene 复合材料表面快速扩散。上述原 2014, 115(2): 113-116.
因为 Co-graphene 复合材料对 4-NP 还原具有稳定的 [13] Enache D I, Edwards J K, Landon P, et al. Solvent-free oxidation of
primary alcohols to aldehydes using Au-Pd/TiO 2 catalysts[J].
催化活性提供了依据。
Science, 2006, 311(5759): 362-365.
[14] Zhang P H, Sui Y M, Xiao G J, et al. Facile fabrication of faceted
3 结论 copper nanocrystals with high catalytic activity for p-nitrophenol
reduction[J]. Journal of Materials Chemistry A, 2013, 1(5):
采用一步法在与文献相比较低的温度下制备了 1632-1638.
[15] Wang X B, Zhang Y J, Zhi C Y, et al. Three-dimensional strutted
磁性可分离的 Co-graphene 复合材料，实现了纳米 graphene grown by substrate-free sugar blowing for high-power-
单质 Co 的原位生长以及葡萄糖石墨烯化的同步进 density supercapacitors[J]. Nature Communications, 2013, 4:
行，最终成功制备出了具有磁性的 Co-graphene 复 2905-2912.
[16] Kovtyukhova N I, Ollivier P J, Martin B R, et al. Layer-by-layer
合材料，并通过还原 4-NP 来考察其催化性能。催化 assembly of ultrathin composite films from micron-sized graphite
结果显示，当 4 mg Co-graphene 1.0 复合材料作为催 oxide sheets and polycations[J]. Chemistry of Materials, 1999, 11(3):
771-778.
化剂，室温下 8 min 可将 1.39 mg 4-NP 完全转化成
[17] Yan S C, Li Z S, Zou Z G. Photodegradation performance of g-C 3N 4