CN105289595B - 一种具有高催化特性的金‑氧化硅Janus结构纳米粒子的制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
一种具有高催化特性的金‑氧化硅Janus结构纳米粒子的制备方法和应用，本发明涉及金‑氧化硅Janus结构纳米粒子及其制备方法和应用。本发明要解决现有技术会使未包覆氧化硅的金表面覆盖厚重的配体大分子，从而显著降低金‑氧化硅Janus结构纳米粒子的催化活性，不适于工业催化应用的问题。具有高催化特性的金‑氧化硅Janus结构纳米粒子为紫外灯对金‑氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液进行辐照、离心分离并水洗涤后得到。方法：一、制备含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系；二、制备金‑氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液；三、紫外灯辐照。应用：用于有机反应中将对硝基苯酚还原为对氨基苯酚。
Description
技术领域
本发明涉及金-氧化硅Janus结构纳米粒子及其制备方法和应用。
背景技术
自从Gennes在其诺贝尔获奖演说中首次着重提到Janus结构粒子，这种结构便在材料科学中受到广泛关注。一般来说，Janus结构粒子是指同时具有两个不同的功能化表面或两种具有不同物化性质的组分结合在同一个粒子结构中。Janus结构整合了多种功能于一体，因此在光学、催化、传感和生物标记等领域均有良好的应用前景。金-氧化硅Janus结构纳米粒子是其中受到关注较多的一类，部分包覆的氧化硅可以有效地防止金纳米粒子的聚集和中毒，然而现有的制备金-氧化硅Janus结构纳米粒子的技术会使未包覆氧化硅的金表面覆盖厚重的配体大分子，从而显著降低金-氧化硅Janus结构纳米粒子的催化活性，不适于工业催化应用。
发明内容
本发明要解决现有的制备金-氧化硅Janus结构纳米粒子的技术会使未包覆氧化硅的金表面覆盖厚重的配体大分子，从而显著降低金-氧化硅Janus结构纳米粒子的催化活性，不适于工业催化应用的问题，而提供一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子及其制备方法和应用。
一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子，具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子为紫外灯对金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液进行辐照、离心分离并水洗涤后得到。
一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、将粒径为2纳米～100纳米的金纳米粒子与水混合，得到浓度为10-4mmol/L～10-3mmol/L的金纳米粒子水溶液，将金纳米粒子水溶液滴入到醇类溶剂中，得到反应体系，然后在转速为50rpm～400rpm搅拌条件下，将浓度为1mmol/L～10mmol/L的A溶液与浓度为0.2mmol/L～5mmol/L的B溶液滴入到反应体系中，滴加完毕后，将反应体系在转速为50rpm～400rpm下，搅拌1min～10min，然后再在转速为50rpm～400rpm下，搅拌10min～60min，得到含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系；
所述的粒径为2纳米～100纳米的金纳米粒子为柠檬酸钠包覆法合成得到的；
所述的A溶液为4-巯基苯乙酸/乙醇溶液或4-巯基苯甲酸/乙醇溶液，所述的B溶液为聚丙烯酸水溶液；
所述的金纳米粒子水溶液与醇类溶剂的体积比为1:(1～10)；
所述的金纳米粒子水溶液与A溶液的体积比为1:(0.01～0.1)；
所述的金纳米粒子水溶液与B溶液的体积比为1:(0.01～0.1)；
二、在转速为20rpm～200rpm下，向含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系中加入浓度为1mmol/L～30mmol/L的正硅酸乙酯水溶液和质量百分数为10％～50％的氨水，搅拌8h～24h，然后离心分离并水洗涤3次～6次，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液，将金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液分散在水中，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液；
所述的含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系与正硅酸乙酯水溶液的体积比为1:(0.1～1)；
所述的含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系与氨水的体积比为1:(0.01～0.1)；
所述的金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液与水的体积比为1:(1～10)；
三、在超声功率为100W～500W的条件下，将金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液与乙醇混合并超声1min～30min，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液，然后在转速为50rpm～400rpm下，利用功率为0.1W～1000W的紫外灯对金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液进行辐照，辐照1min～1000min，在超声功率为100W～500W的条件下，将辐照后的金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液超声处理1min～100min，然后离心分离并水洗涤3次～6次，最后分散到水备用中，得到具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子；
所述的紫外灯为波长200nm～400nm的紫外光中单一波长和连续波长中的一种或两种的组合；
所述的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液与乙醇的体积比为1:(1～20)。
一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的应用，具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子用于有机反应中将对硝基苯酚还原为对氨基苯酚，催化时间为6分钟～8分钟，催化速率可达0.26min-1～0.39min-1，具体是按以下步骤进行的：
为向水中滴加对硝基苯酚水溶液和硼氢化钠水溶液，混合均匀，然后滴加具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液；
所述的对硝基苯酚水溶液与硼氢化钠水溶液的体积比为1:1；所述的对硝基苯酚水溶液与硼氢化钠水溶液的浓度比为1:100；所述的对硝基苯酚水溶液与水的体积比为1:60；所述的对硝基苯酚水溶液与具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液的体积比为1:2；所述的对硝基苯酚水溶液与具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液的浓度比为1:0.2。
本发明的有益效果是：(1)显著增强金-氧化硅Janus结构纳米粒子的催化特性，有利于工业化应用；进行硝基苯酚的还原反应中，在相同条件下，光照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的完全催化时间为10分钟，而光照后使金表面半包覆的配体脱落，裸露部分金表面，提高Janus结构纳米粒子的完全催化时间至6分钟。且无论是光照与否，Janus的金-氧化硅的催化速率(光照前0.24min-1与光照后0.39min-1)均高于目前广泛使用的核-壳结构的金-氧化硅催化剂(0.16min-1)，而对比光照前后可以发现，光照后的Janus结构纳米粒子的催化速率提高了1.6倍。虽然光照后的Janus结构金-氧化硅的催化速率与单纯金纳米催化剂的速率(0.34min-1)相近，但对比四种催化剂的循环使用性，可以发现金纳米催化剂的可循环性非常不好，而Janus结构金-氧化硅的催化效率损失很小，这种优秀的可重复利用性非常利于工业化应用。
(2)方法简单、可控性好、利于大规模生产。
本发明用于一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子及其制备方法和应用。
附图说明
图1是实施例一制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的透射电镜图；
图2是实施例一步骤二制备的紫外光辐照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的催化有机反应的UV-vis吸收谱图；
图3是实施例一制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的催化有机反应的UV-vis吸收谱图；
图4是催化速率对比图，1为单纯金催化剂，2为实施例一制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子，3为实施例一步骤二制备的紫外光辐照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子，4为核-壳结构的金-氧化硅纳米粒子；
图5是循环催化效率对比图，1为循环一次，2为循环两次，3为循环三次，a为单纯金催化剂，b为核-壳结构的金-氧化硅纳米粒子，c为实施例一步骤二制备的紫外光辐照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子，d为实施例一制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子。
具体实施方式
本发明技术方案不局限于以下所列举的具体实施方式，还包括各具体实施方式之间的任意组合。
具体实施方式一：本实施方式所述的一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子为紫外灯对金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液进行辐照、离心分离并水洗涤后得到。
本实施方式的有益效果是：(1)显著增强金-氧化硅Janus结构纳米粒子的催化特性，有利于工业化应用；进行硝基苯酚的还原反应中，在相同条件下，光照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的完全催化时间为10分钟，而光照后使金表面半包覆的配体脱落，裸露部分金表面，提高Janus结构纳米粒子的完全催化时间至6分钟。且无论是光照与否，Janus的金-氧化硅的催化速率(光照前0.24min-1与光照后0.39min-1)均高于目前广泛使用的核-壳结构的金-氧化硅催化剂(0.16min-1)，而对比光照前后可以发现，光照后的Janus结构纳米粒子的催化速率提高了1.6倍。虽然光照后的Janus结构金-氧化硅的催化速率与单纯金纳米催化剂的速率(0.34min-1)相近，但对比四种催化剂的循环使用性，可以发现金纳米催化剂的可循环性非常不好，而Janus结构金-氧化硅的催化效率损失很小，这种优秀的可重复利用性非常利于工业化应用。
(2)方法简单、可控性好、利于大规模生产。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述的金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液具体是按以下步骤制备的：一、将粒径为2纳米～100纳米的金纳米粒子与水混合，得到浓度为10-4mmol/L～10-3mmol/L的金纳米粒子水溶液，将金纳米粒子水溶液滴入到醇类溶剂中，得到反应体系，然后在转速为50rpm～400rpm搅拌条件下，将浓度为1mmol/L～10mmol/L的A溶液与浓度为0.2mmol/L～5mmol/L的B溶液滴入到反应体系中，滴加完毕后，将反应体系在转速为50rpm～400rpm下，搅拌1min～10min，然后再在转速为50rpm～400rpm下，搅拌10min～60min，得到含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系；所述的粒径为2纳米～100纳米的金纳米粒子为柠檬酸钠包覆法合成得到的；所述的A溶液为4-巯基苯乙酸/乙醇溶液或4-巯基苯甲酸/乙醇溶液，所述的B溶液为聚丙烯酸水溶液；所述的金纳米粒子水溶液与醇类溶剂的体积比为1:(1～10)；所述的金纳米粒子水溶液与A溶液的体积比为1:(0.01～0.1)；所述的金纳米粒子水溶液与B溶液的体积比为1:(0.01～0.1)；
二、在转速为20rpm～200rpm下，向含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系中加入浓度为1mmol/L～30mmol/L的正硅酸乙酯水溶液和质量百分数为10％～50％的氨水，搅拌8h～24h，然后离心分离并水洗涤3次～6次，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液，将金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液分散在水中，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液；所述的含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系与正硅酸乙酯水溶液的体积比为1:(0.1～1)；所述的含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系与氨水的体积比为1:(0.01～0.1)；所述的金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液与水的体积比为1:(1～10)；
三、在超声功率为100W～500W的条件下，将金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液与乙醇混合并超声1min～30min，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液；所述的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液与乙醇的体积比为1:(1～20)。其它与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二之一不同的是：所述的紫外灯对金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液进行辐照后得到，具体是按以下步骤进行：在转速为50rpm～400rpm下，利用功率为0.1W～1000W的紫外灯对金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液进行辐照，辐照1min～1000min，在超声功率为100W～500W的条件下，将辐照后的金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液超声处理1min～100min，然后离心分离并水洗涤3次～6次，最后分散到水备用中，得到具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子；
所述的紫外灯为波长200nm～400nm的紫外光中单一波长和连续波长中的一种或两种的组合。其它与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式所述的一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的制备方法，具体是按照以下步骤进行的：
一、将粒径为2纳米～100纳米的金纳米粒子与水混合，得到浓度为10-4mmol/L～10-3mmol/L的金纳米粒子水溶液，将金纳米粒子水溶液滴入到醇类溶剂中，得到反应体系，然后在转速为50rpm～400rpm搅拌条件下，将浓度为1mmol/L～10mmol/L的A溶液与浓度为0.2mmol/L～5mmol/L的B溶液滴入到反应体系中，滴加完毕后，将反应体系在转速为50rpm～400rpm下，搅拌1min～10min，然后再在转速为50rpm～400rpm下，搅拌10min～60min，得到含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系；
所述的粒径为2纳米～100纳米的金纳米粒子为柠檬酸钠包覆法合成得到的；
所述的A溶液为4-巯基苯乙酸/乙醇溶液或4-巯基苯甲酸/乙醇溶液，所述的B溶液为聚丙烯酸水溶液；
所述的金纳米粒子水溶液与醇类溶剂的体积比为1:(1～10)；
所述的金纳米粒子水溶液与A溶液的体积比为1:(0.01～0.1)；
所述的金纳米粒子水溶液与B溶液的体积比为1:(0.01～0.1)；
二、在转速为20rpm～200rpm下，向含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系中加入浓度为1mmol/L～30mmol/L的正硅酸乙酯水溶液和质量百分数为10％～50％的氨水，搅拌8h～24h，然后离心分离并水洗涤3次～6次，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液，将金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液分散在水中，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液；
所述的含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系与正硅酸乙酯水溶液的体积比为1:(0.1～1)；
所述的含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系与氨水的体积比为1:(0.01～0.1)；
所述的金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液与水的体积比为1:(1～10)；
三、在超声功率为100W～500W的条件下，将金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液与乙醇混合并超声1min～30min，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液，然后在转速为50rpm～400rpm下，利用功率为0.1W～1000W的紫外灯对金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液进行辐照，辐照1min～1000min，在超声功率为100W～500W的条件下，将辐照后的金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液超声处理1min～100min，然后离心分离并水洗涤3次～6次，最后分散到水备用中，得到具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子；
所述的紫外灯为波长200nm～400nm的紫外光中单一波长和连续波长中的一种或两种的组合；
所述的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液与乙醇的体积比为1:(1～20)。
本实施方式的有益效果是：(1)显著增强金-氧化硅Janus结构纳米粒子的催化特性，有利于工业化应用；进行硝基苯酚的还原反应中，在相同条件下，光照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的完全催化时间为10分钟，而光照后使金表面半包覆的配体脱落，裸露部分金表面，提高Janus结构纳米粒子的完全催化时间至6分钟。且无论是光照与否，Janus的金-氧化硅的催化速率(光照前0.24min-1与光照后0.39min-1)均高于目前广泛使用的核-壳结构的金-氧化硅催化剂(0.16min-1)，而对比光照前后可以发现，光照后的Janus结构纳米粒子的催化速率提高了1.6倍。虽然光照后的Janus结构金-氧化硅的催化速率与单纯金纳米催化剂的速率(0.34min-1)相近，但对比四种催化剂的循环使用性，可以发现金纳米催化剂的可循环性非常不好，而Janus结构金-氧化硅的催化效率损失很小，这种优秀的可重复利用性非常利于工业化应用。
(2)方法简单、可控性好、利于大规模生产。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式四不同的是：步骤一中所述的醇类溶剂为异丙醇、甲醇或乙醇。其它与具体实施方式四相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式四或五之一不同的是：步骤一中所述的聚丙烯酸分子量为1000Da～100000Da。其它与具体实施方式四或五相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式四至六之一不同的是：步骤一中将粒径为50纳米的金纳米粒子与水混合，得到浓度为5.8×10-4mmol/L的金纳米粒子水溶液。其它与具体实施方式四至六相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式四至七之一不同的是：步骤一中然后在转速为50rpm～400rpm搅拌条件下，将浓度为5mmol/L的A溶液与浓度为0.645mmol/L的B溶液滴入到反应体系中。其它与具体实施方式四至七相同。
具体实施方式九：本实施方式与具体实施方式四至八之一不同的是：步骤二中在转速为20rpm～200rpm下，向含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系中加入浓度为8.9mmol/L的正硅酸乙酯水溶液和质量百分数为30％的氨水，搅拌8h～24h。其它与具体实施方式四至八相同。
具体实施方式十：一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的应用，具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子用于有机反应中将对硝基苯酚还原为对氨基苯酚，催化时间为6分钟～8分钟，催化速率可达0.26min-1～0.39min-1，具体是按以下步骤进行的：
为向水中滴加对硝基苯酚水溶液和硼氢化钠水溶液，混合均匀，然后滴加具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液；
所述的对硝基苯酚水溶液与硼氢化钠水溶液的体积比为1:1；所述的对硝基苯酚水溶液与硼氢化钠水溶液的浓度比为1:100；所述的对硝基苯酚水溶液与水的体积比为1:60；所述的对硝基苯酚水溶液与具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液的体积比为1:2；所述的对硝基苯酚水溶液与具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液的浓度比为1:0.2。
采用以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例一：
一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的制备方法是按以下步骤进行：
一、将粒径为50纳米的金纳米粒子与水混合，得到浓度为5.8×10-4mmol/L的金纳米粒子水溶液，将2.5mL金纳米粒子水溶液滴入到12.5mL异丙醇中，得到反应体系，然后在转速为200rpm搅拌条件下，将0.1mL浓度5mmol/L的4-巯基苯乙酸/乙醇溶液与0.1mL浓度为0.645mmol/L的聚丙烯酸水溶液滴入到反应体系中，滴加完毕后，将反应体系在转速为300rpm下，搅拌5min，然后再在转速为200rpm下，搅拌30min，得到含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系；
所述的粒径为50纳米的金纳米粒子为柠檬酸钠包覆法合成得到的；
二、在转速为200rpm下，向15.2mL含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系中加入3mL浓度为8.9mmol/L的正硅酸乙酯水溶液和0.45mL质量百分数为30％的氨水，搅拌12h，然后离心分离并水洗涤3次，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液，将0.9mL金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液分散在1mL水中，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液；
三、在超声功率为100W的条件下，将1mL金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液与10mL乙醇混合并超声5min，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液，然后在转速为300rpm下，利用波长为365nm、功率为10W的紫外灯对金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液进行辐照，辐照60min，在超声功率为100W的条件下，将辐照后的金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液超声处理5min，然后离心分离并水洗涤3次，最后分散到1mL水中，得到具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子。
图1是实施例一制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的透射电镜图；由图可知，采用本实施例方法制备得到的材料为氧化硅对金纳米粒子进行半包覆形成的金-氧化硅Janus结构纳米粒子。
对本实施例制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子及步骤二制备的紫外光辐照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子进行硝基苯酚的还原反应，具体是按以下过程进行的：在3mL水中，滴加浓度为1mg/g的对硝基苯酚水溶液0.05mL与浓度为100mg/g的硼氢化钠水溶液0.05mL，混合均匀，滴加0.1mL本实施例制备的浓度为0.2mg/g的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液或0.1mL步骤二制备的浓度为0.2mg/g的紫外光辐照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液，每隔两分钟测试混合溶液的紫外-可见吸收光谱，测试波长范围为200nm～600nm，测试结果如图2至5所示。图2是实施例一步骤二制备的紫外光辐照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的催化有机反应的UV-vis吸收谱图；图3是实施例一制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的催化有机反应的UV-vis吸收谱图；由图可知，在相同条件下，光照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的完全催化时间为10分钟，而光照后使金表面半包覆的配体脱落，裸露部分金表面，提高Janus结构纳米粒子的完全催化时间至6分钟。
图4是催化速率对比图，1为单纯金催化剂，2为实施例一制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子，3为实施例一步骤二制备的紫外光辐照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子，4为核-壳结构的金-氧化硅纳米粒子；
所述的核-壳结构的金-氧化硅纳米粒子可依据W.Stober,A.Fink and E.Bohn,J.Colloid and Interface Sci.,1968,26,62，进行制备。由图可知，通过对单纯金催化剂、金-氧化硅核壳结构催化剂与光照前后的金-氧化硅Janus结构催化剂的催化速率对比可以发现，无论是光照与否，Janus的金-氧化硅的催化速率(光照前0.24min-1与光照后0.39min-1)均高于目前广泛使用的核-壳结构的金-氧化硅催化剂(0.16min-1)，而对比光照前后可以发现，光照后的Janus结构纳米粒子的催化速率提高了1.6倍。
图5是循环催化效率对比图，1为循环一次，2为循环两次，3为循环三次，a为单纯金催化剂，b为核-壳结构的金-氧化硅纳米粒子，c为实施例一步骤二制备的紫外光辐照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子，d为实施例一制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子。虽然光照后的Janus结构金-氧化硅的催化速率与单纯金纳米催化剂的速率(0.34min-1)相近，但对比四种催化剂的循环使用性，可以发现金纳米催化剂的可循环性非常不好，而Janus结构金-氧化硅的催化效率损失很小，这种优秀的可重复利用性非常利于工业化应用。
实施例二：本实施方式与实施例一不同的是：步骤三中利用波长为285nm、功率为10W的紫外灯对金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液进行辐照，辐照60min。其它与实施例一相同。
对本实施例制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子及步骤二制备的紫外光辐照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子进行硝基苯酚的还原反应，具体是按以下过程进行的：在3mL水中，滴加浓度为1mg/g的对硝基苯酚水溶液0.05mL与浓度为100mg/g的硼氢化钠水溶液0.05mL，混合均匀，滴加0.1mL本实施例制备的浓度为0.2mg/g的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液，每隔两分钟测试混合溶液的紫外-可见吸收光谱，测试波长范围为200nm～600nm。光照后使金表面半包覆的配体脱落，裸露部分金表面，提高Janus结构纳米粒子的完全催化时间至6分钟，催化速率为0.29min-1。
实施例三：本实施方式与实施例一不同的是：步骤三中利用紫外区全波长200nm～400nm、功率为10W的紫外灯对金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液进行辐照，辐照60min。其它与实施例一相同。
对本实施例制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子及步骤二制备的紫外光辐照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子进行硝基苯酚的还原反应，具体是按以下过程进行的：在3mL水中，滴加浓度为1mg/g的对硝基苯酚水溶液0.05mL与浓度为100mg/g的硼氢化钠水溶液0.05mL，混合均匀，滴加0.1mL本实施例制备的浓度为0.2mg/g的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液，每隔两分钟测试混合溶液的紫外-可见吸收光谱，测试波长范围为200nm～600nm。光照后使金表面半包覆的配体脱落，裸露部分金表面，提高Janus结构纳米粒子的完全催化时间至6分钟，催化速率为0.34min-1。
实施例四：本实施方式与实施例一不同的是：步骤三中利用波长为365nm、功率为10W的紫外灯对金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液进行辐照，辐照120min。其它与实施例一相同。
对本实施例制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子及步骤二制备的紫外光辐照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子进行硝基苯酚的还原反应，具体是按以下过程进行的：在3mL水中，滴加浓度为1mg/g的对硝基苯酚水溶液0.05mL与浓度为100mg/g的硼氢化钠水溶液0.05mL，混合均匀，滴加0.1mL本实施例制备的浓度为0.2mg/g的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液，每隔两分钟测试混合溶液的紫外-可见吸收光谱，测试波长范围为200nm～600nm。光照后使金表面半包覆的配体脱落，裸露部分金表面，提高Janus结构纳米粒子的完全催化时间至8分钟，催化速率为0.26min-1。
实施例五：本实施方式与实施例一不同的是：步骤三中利用波长为365nm、功率为50W的紫外灯对金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液进行辐照，辐照60min。其它与实施例一相同。
对本实施例制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子及步骤二制备的紫外光辐照前的金-氧化硅Janus结构纳米粒子进行硝基苯酚的还原反应，具体是按以下过程进行的：在3mL水中，滴加浓度为1mg/g的对硝基苯酚水溶液0.05mL与浓度为100mg/g的硼氢化钠水溶液0.05mL，混合均匀，滴加0.1mL本实施例制备的浓度为0.2mg/g的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液，每隔两分钟测试混合溶液的紫外-可见吸收光谱，测试波长范围为200nm～600nm。光照后使金表面半包覆的配体脱落，裸露部分金表面，提高Janus结构纳米粒子的完全催化时间至8分钟，催化速率为0.29min-1。
Claims (7)
1.一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的制备方法，其特征在于它是按以下步骤进行：
一、将粒径为2纳米～100纳米的金纳米粒子与水混合，得到浓度为10-4mmol/L～10- 3mmol/L的金纳米粒子水溶液，将金纳米粒子水溶液滴入到醇类溶剂中，得到反应体系，然后在转速为50rpm～400rpm搅拌条件下，将浓度为1mmol/L～10mmol/L的A溶液与浓度为0.2mmol/L～5mmol/L的B溶液滴入到反应体系中，滴加完毕后，将反应体系在转速为50rpm～400rpm下，搅拌1min～10min，然后再在转速为50rpm～400rpm下，搅拌10min～60min，得到含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系；
所述的粒径为2纳米～100纳米的金纳米粒子为柠檬酸钠包覆法合成得到的；
所述的A溶液为4-巯基苯乙酸/乙醇溶液或4-巯基苯甲酸/乙醇溶液，所述的B溶液为聚丙烯酸水溶液；
所述的金纳米粒子水溶液与醇类溶剂的体积比为1:(1～10)；
所述的金纳米粒子水溶液与A溶液的体积比为1:(0.01～0.1)；
所述的金纳米粒子水溶液与B溶液的体积比为1:(0.01～0.1)；
二、在转速为20rpm～200rpm下，向含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系中加入浓度为1mmol/L～30mmol/L的正硅酸乙酯水溶液和质量百分数为10％～50％的氨水，搅拌8h～24h，然后离心分离并水洗涤3次～6次，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液，将金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液分散在水中，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液；
所述的含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系与正硅酸乙酯水溶液的体积比为1:(0.1～1)；
所述的含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系与氨水的体积比为1:(0.01～0.1)；
所述的金-氧化硅Janus结构纳米粒子溶液与水的体积比为1:(1～10)；
三、在超声功率为100W～500W的条件下，将金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液与乙醇混合并超声1min～30min，得到金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液，然后在转速为50rpm～400rpm下，利用功率为0.1W～1000W的紫外灯对金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液进行辐照，辐照1min～1000min，在超声功率为100W～500W的条件下，将辐照后的金-氧化硅Janus结构纳米粒子乙醇水溶液超声处理1min～100min，然后离心分离并水洗涤3次～6次，最后分散到水备用中，得到具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子；
所述的紫外灯为波长200nm～400nm的紫外光中单一波长和连续波长中的一种或两种的组合；
所述的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液与乙醇的体积比为1:(1～20)。
2.根据权利要求1所述的一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤一中所述的醇类溶剂为异丙醇、甲醇或乙醇。
3.根据权利要求1所述的一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤一中所述的聚丙烯酸分子量为1000Da～100000Da。
4.根据权利要求1所述的一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤一中将粒径为50纳米的金纳米粒子与水混合，得到浓度为5.8×10- 4mmol/L的金纳米粒子水溶液。
5.根据权利要求1所述的一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤一中然后在转速为50rpm～400rpm搅拌条件下，将浓度为5mmol/L的A溶液与浓度为0.645mmol/L的B溶液滴入到反应体系中。
6.根据权利要求1所述的一种具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的制备方法，其特征在于步骤二中在转速为20rpm～200rpm下，向含有双配体包覆的金纳米粒子的反应体系中加入浓度为8.9mmol/L的正硅酸乙酯水溶液和质量百分数为30％的氨水，搅拌8h～24h。
7.如权利要求1所述的制备方法制备的具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子的应用，其特征在于具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子用于有机反应中将对硝基苯酚还原为对氨基苯酚，催化时间为6分钟～8分钟，催化速率可达0.26min-1～0.39min-1，具体是按以下步骤进行的：
为向水中滴加对硝基苯酚水溶液和硼氢化钠水溶液，混合均匀，然后滴加具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液；
所述的对硝基苯酚水溶液与硼氢化钠水溶液的体积比为1:1；所述的对硝基苯酚水溶液与硼氢化钠水溶液的浓度比为1:100；所述的对硝基苯酚水溶液与水的体积比为1:60；所述的对硝基苯酚水溶液与具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液的体积比为1:2；所述的对硝基苯酚水溶液与具有高催化特性的金-氧化硅Janus结构纳米粒子水溶液的浓度比为1:0.2。
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