以氧化石墨为分散剂的聚苯乙烯微球的制备及其金负载催化研究

王 梅, 贺永强

（1.山西师范大学,山西 临汾 044004；2.山西师范大学运城学院,山西 运城 044000）

引 言

氧化石墨（GO）与具有催化性能的粒子复合会使2个粒子之间产生电子转移效应,可以大量减少光生电子与空穴对的复合,使催化剂的比表面积增大,从而使催化剂的催化活性增强,并克制粒子团聚现象［1］。最近两年已经有很多文献报道,氧化石墨与一些具有催化性的粒子结合可表现出更高的催化活性［2］。又有文献报道,化学和物理性质稳定的聚苯乙烯（PS）作为纳米金的载体,这种复合粒子在新型光学、催化和光电性等很多领域具有巨大的应用潜力。而聚苯乙烯颗粒分散性能极好,球状外形较完美及粒径大小易控制［3］。

在工业生产和农业废水中经常能检测出硝基化合物,它们污染着我们周围的环境。自从它们被发现以后,科学家们就利用各种化学和物理方法使其生成无毒物质。本文先利用Hummers法制备氧化石墨悬浮液；其次,在不加任何还原剂和分散剂的条件下制备得到 Au/GO纳米复合材料；再次,用Pickering乳液聚合法分别制备了Au/GO稳定的聚苯乙烯（PS）；最后,用对硝基苯酚还原反应对比2种复合物催化性能。

1 实验部分

1.1 复合材料的制备

首先,采用Hummers法制备氧化石墨,将一定质量的氧化石墨分散到去离子水中,超声,可得GO分散液。取一定体积0.72mg/mL的GO分散液加入到烧杯中,向小烧杯中加入2mL20mg/mL的HAuCl4溶液,磁力搅拌1min后,再向其中加入1.5mL 0.1mol/L的 NaOH 溶液,在84 ℃下搅拌15min,得到 Au/GO分散液［4］。

取100mL 0.72mg/mL Au/GO 分散液,与10mL苯乙烯、0.1g过硫酸铵混合后再超声10min。制得乳液后通氮气,回流,磁力搅拌下在70℃反应3h,制备得 Au/GO－PS微球。

1.2 复合物在对硝基苯酚还原反应中的催化活性研究

配制对硝基苯酚溶液：准确称取30mg对硝基苯酚,溶解,转移到1 000mL容量瓶中,定容,摇匀,得0.03mg/mL的对硝基苯酚溶液。用稀释的方法配制0.01mg/mL的对硝基苯酚溶液。

光催化对比：分别取30mL对硝基苯酚溶液于3个100mL烧杯中,分别加入10mg Au/GO－PS及10mg NaBH4、10mg Au/GO－PS及10mg NaBH4、10mg NaBH4,搅拌反应相同时间后测不同反应体系的吸光度。

2 结果与讨论

2.1 氧化石墨烯表征（见图1）

图1 氧化石墨的（a）拉曼图和（b）SEM图

从图1（a）中观察得知,氧化石墨由石墨原来的一低一高的峰转变为2个峰几乎等高。从图1（b）SEM中可以看出,氧化石墨像一张褶皱的纸。这两种表征与已发表的文献复合度较高。

2.2 复合材料表征（见图2）

图2 复合材料SEM照片

图2中A图片中,Au与GO复合后氧化石墨仍然呈片层状,但由于Au的粒子半径非常小,在10μm条件下仍然观察不到Au粒子。在B图片及A图片中可以看到,片层状的氧化石墨仍然存在,制得的PS微球附着在氧化石墨烯上。

2.3 复合材料催化活性的研究

为了探究制备的Au/GO－PS微球以及Au/GO的催化活性,我们选择对硝基苯酚还原反应作为研究对象。本实验在NaBH4过量的情况下,Au/GOPS微球、Au/GO作为催化剂把对硝基苯酚还原为对氨基苯酚,并利用紫外可见吸收光谱仪来检测2种石墨烯复合物的催化活性,结果见图3。

根据图3分析可得,在400nm处,与曲线1相比,曲线2和曲线3有明显的下降趋势。我们从400nm处峰的减弱程度来判断反应的速度,3号曲线（加入Au/GO－PS）400nm减弱的程度最大,其次是2号曲线（加入Au/GO）,而1号曲线（仅加入硼氢化钠）的反应物在400nm处吸收峰的减弱程度最小。从峰的减弱程度来看,3＞2＞1,反应速度3＞2＞1。

图3 不同反应条件下对硝基苯酚还原反应的紫外吸收光谱图

3 结论

采用改进的Hummer法制氧化石墨（GO）,将其与Au制得Au/GO复合材料,然后用Au/GO作为乳化剂制备Au/GO－PS微球复合材料,并且通过对硝基苯酚的还原反应来证明Au/GO－PS有高的催化活性。

参考文献：

［1］ Yang Weinduo,Li Yanru,Lee Yichao.Synthiesis of r－GO/TiO2composites via the UV－assisted photocatalytic reduction of grapheme oxide［J］.Applied Surface Science 32350,2016：1－8.

［2］ 张翔.金纳米、聚苯乙烯/Au复合物体系的制备及催化性能［D］.郑州：郑州轻工业学院,2015.

［3］ Dikin D A,Stankovich S,Zimney E J,et al.Preparation and characterization of graphene oxide paper［J］.Nature,2007（9）：2113－2117.

［4］ Kim H,Hahn H T.Viculis L M,et al.Elecd trical conductivity of Graphite polystyrene composites made from potassium intercalaled graphite［J］.Carbon,2007（7）：1578－1582.