超细铂纳米催化剂的光化学合成及其催化还原硝基苯酚的应用

鲜亮; 田小霞; 马婧; 李伟

doi:10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20230041

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超细铂纳米催化剂的光化学合成及其催化还原硝基苯酚的应用

研究论文 | 更新时间：2024-05-30

- 超细铂纳米催化剂的光化学合成及其催化还原硝基苯酚的应用
- Photochemical synthesis of ultrafine platinum nanocatalysts and their application in the catalytic reduction of nitrophenols
- 中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2024年63卷第3期页码：137-146
- 作者机构：
  
  1.西北民族大学化工学院，甘肃兰州 730030
  2.甘肃省高校环境友好复合材料及生物质利用省级重点实验室，甘肃兰州 730030
- 作者简介：
  
  [ "XIAN Liang（lxian@xbmu.edu.cn）" ]
  TIAN Xiaoxia（1726905151@qq.com）
  MA Jing（849879969@qq.com）
  LI Wei（1747015656@qq.com）
- 基金信息：
  
  National Natural Science Foundation of China(52167003);Key Research and Development Projects in Gansu Province(21YF5WA064)
- DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20230041
  中图分类号： O643
- 纸质出版日期：2024-05-25，
  
  网络出版日期：2024-03-21，
  
  收稿日期：2023-12-17，
  
  录用日期：2024-01-24
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鲜亮,田小霞,马婧等.超细铂纳米催化剂的光化学合成及其催化还原硝基苯酚的应用[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2024,63(03):137-146.

XIAN Liang,TIAN Xiaoxia,MA Jing,et al.Photochemical synthesis of ultrafine platinum nanocatalysts and their application in the catalytic reduction of nitrophenols[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2024,63(03):137-146.
鲜亮,田小霞,马婧等.超细铂纳米催化剂的光化学合成及其催化还原硝基苯酚的应用[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2024,63(03):137-146. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20230041.

XIAN Liang,TIAN Xiaoxia,MA Jing,et al.Photochemical synthesis of ultrafine platinum nanocatalysts and their application in the catalytic reduction of nitrophenols[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2024,63(03):137-146. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20230041.

摘要

以乙二醇（EG）为还原剂，通过波长为395 nm近紫外光和450、650 nm的可见光照射C

及K

［PtCl

］混合液，制备了超细铂纳米颗粒（Pt/C

-E）。利用X射线衍射（XRD）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）、X射线光电子能谱（XPS）以及高分辨率透射电子显微镜（HR-TEM）等表征手段对Pt/C

催化剂的组成及形貌进行了研究，结果表明，铂纳米颗粒在C

表面分散良好，平均粒径约为2.6 nm。在催化

-NP还原实验中，在近紫外光（395 nm）照射下所制备催化剂（Pt/C

60-

E3）表现出最高的催化活性

，其速率常数

0.12 min

－1

。在催化剂循环实验中，多次循环催化剂仍具有较高的活性，实验证明光化学法对前驱体铂催化剂制备起到良好的作用。

Abstract

This study focuses on synthesizing ultrafine platinum nanoparticles (Pt/C

-E) by irradiating a mixture of C

and K

[PtCl

]

with ethylene glycol (EG) as the reducing agent. The process utilizes near-ultraviolet (UV) light at a wavelength of 395 nm

along with visible light at 450 and 650 nm. The composition and morphology of the Pt/C

catalyst were investigated using characterization techniques including X-ray diffraction (XRD)

Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR)

X-ray photoelectron spectroscopy (XPS)

and high-resolution transmission electron microscopy (HR-TEM). The results revealed a well-dispersed distribution of Pt nanoparticles on the C

surface

with an average particle size of about 2.6 nm. In the catalytic reduction experiments of

-NP

the Pt/C

-E3 catalyst

prepared under near-ultraviolet irradiation (395 nm)

exhibited superior catalytic activity

with a rate constant (

) of 0.12 min

-1

. Furthermore

in the catalyst cycling experiments

the catalysts remained highly active even after multiple cycles

demonstrating the effectiveness of the photochemical method in synthesizing precursor Pt catalysts.

关键词

超细铂纳米颗粒富勒烯光化学法降解p-硝基苯酚

Keywords

platinum ultrafine nanoparticlesfullerenephotochemical methoddegradation of p-nitrophenol

references

AN W， CHUANG K T， SANGER A R， 2002. Catalyst-support interaction in fluorinated carbon-supported Pt catalysts for reaction of NO with NH3［J］. J Catal， 211（2）： 308-315.

BAI S， SHEN X， ZHU G， et al， 2012. In situ growth of NixCo100-x nanoparticles on reduced graphene oxide nanosheets and their magnetic and Catalytic Properties［J］. ACS Appl Mater Interfaces， 4（5）： 2378-2386.

BATHULA C， SUBALAKSHMI K， KUMAR K A， et al， 2020. Ultrasonically driven green synthesis of palladium nanoparticles by Coleus amboinicus for catalytic reduction and Suzuki-Miyaura reaction［J］. Colloids Surf B Biointerfaces， 192： 111026.

BHARDWAJ A， KAUR J， WUEST M， et al， 2017. In situ click chemistry generation of cyclooxygenase-2 inhibitors［J］. Nat Commun， 8（1）： 1-9.

CHANG J， FENG L， LIU C， et al， 2014. Ni2P enhances the activity and durability of the Pt anode catalyst in direct methanol fuel cells［J］. Energy Environ Sci， 7（5）： 1628-1632.

CHO Y H， YOO S J， CHO Y H， et al， 2008. Enhanced performance and improved interfacial properties of polymer electrolyte membrane fuel cells fabricated using sputter-deposited Pt thin layers［J］. Electrochim Acta， 53（21）： 6111-6116.

DAI Y， YU P， ZHANG X， et al， 2016. Gold nanoparticles stabilized by amphiphilic hyperbranched polymers for catalytic reduction of 4-nitrophenol［J］. J Catal， 337： 65-71.

de BORTOLI A L， 2023. Flow simulation in direct ethanol fuel cells using multifunctional anode catalysts［J］. J Power Sources， 560： 232675.

DIN I U， SHAHARUN M S， NAEEM A， et al， 2020. Carbon nanofibers as potential materials for catalysts support， a mini-review on recent advances and future perspective［J］. Ceram Int， 46（11）： 18446-18452.

FANG Q R， ZHU G S， JIN Z， et al， 2006. A multifunctional metal-organic open framework with a bcu topology constructed from undecanuclear clusters［J］. Angew Chem Int Ed Engl， 45（37）： 6126-6130.

GAN J， HUANG Z， LUO W， et al， 2021. Platelet carbon nanofibers as support of Pt-CoO electrocatalyst for superior hydrogen evolution［J］. J Energy Chem， 52： 33-40.

GUO X F， JANG D Y， JANG H G， et al， 2012. Hydrogenation and dehydrogenation reactions catalyzed by CNTs supported palladium catalysts［J］. Catal Today， 186（1）： 109-114.

ISMAIL A A， ALBUKHARI S M， MAHMOUD M H H， 2021. Highly efficient and accelerated photoreduction of nitrobenzene over visible-light-driven PtO@Cr2O3 nanocomposites［J］. Surf Interfaces， 27： 101527.

JIANG L， SUN G， ZHOU Z， et al， 2005. Size-controllable synthesis of monodispersed SnO2 nanoparticles and application in electrocatalysts［J］. J Phys Chem B， 109（18）： 8774-8778.

KERTALLI E， SCHOUTEN J C， NIJHUIS T A， 2017. Effect of hydrogen and propylene on the hydrogen peroxide decomposition over Pt， PtO and Au catalysts［J］. Appl Catal A Gen， 538： 131-138.

LEE G， SHIM J H， KANG H， et al， 2009. Monodisperse Pt and PtRu/C60 hybrid nanoparticles for fuel cell anode catalysts［J］. Chem Commun，（33）： 5036-5038.

LI F， CAO B， ZHU W， et al， 2017. Hydrogenation of phenol over Pt/CNTs： The effects of Pt loading and reaction solvents［J］. Catalysts， 7（5）： 145.

LI W， XIAN L， ZHAO Y， et al， 2023. Stepwise preparation of uniform-size ultrafine Pt nanoparticles for high-performance catalysis of methanol oxidation and nitrophenol reduction［J］. ACS Appl Nano Mater， 6（20）： 19176-19188.

LI Y， CAO Y， XIE J， et al， 2015. Facile solid-state synthesis of Ag/graphene oxide nanocomposites as highly active and stable catalyst for the reduction of 4-nitrophenol［J］. Catal Commun， 58： 21-25.

LIU P， ZHAO Y， QIN R， et al， 2016. Photochemical route for synthesizing atomically dispersed palladium catalysts［J］. Science， 352（6287）： 797-801.

MA J， HABRIOUX A， PISAREK M， et al， 2013. Induced electronic modification of Pt nanoparticles deposited onto graphitic domains of carbon materials by UV irradiation［J］. Electrochem Commun， 29： 12-16.

MAO J， CHEN Y， PEI J， et al， 2016. Pt–M （M = Cu， Fe， Zn， etc.） bimetallic nanomaterials with abundant surface defects and robust catalytic properties［J］. Chem Commun， 52（35）： 5985-5988.

NIE R， WANG J， WANG L， et al， 2012. Platinum supported on reduced graphene oxide as a catalyst for hydrogenation of nitroarenes［J］. Carbon， 50（2）： 586-596.

ORTIZ-HERRERA J C， CRUZ-MARTÍNEZ H， SOLORZA-FERIA O， et al， 2022. Recent progress in carbon nanotubes support materials for Pt-based cathode catalysts in PEM fuel cells［J］. Int J Hydrog Energy， 47（70）： 30213-30224.

PANIGRAHI S， BASU S， PRAHARAJ S， et al， 2007. Synthesis and size-selective catalysis by supported gold nanoparticles： Study on heterogeneous and homogeneous catalytic process［J］. J Phys Chem C， 111（12）： 4596-4605.

RANJANA M， SAHU P， RAMESH V V E， et al， 2023. Ethylenediamine mediated， environmentally benign synthesis of copper nanowires and their catalytic activity towards 4-nitrophenol reduction［J］. ChemistrySelect， 8（30）： e202204351.

SANTIAGO E I， VARANDA L C， VILLULLAS H M， 2007. Carbon-supported Pt-Co catalysts prepared by a modified polyol process as cathodes for PEM fuel cells［J］. J Phys Chem C， 111（7）： 3146-3151.

SHI W， ZHANG B， LIN Y， et al， 2016. Enhanced chemoselective hydrogenation through tuning the interaction between Pt nanoparticles and carbon supports： Insights from identical location transmission electron microscopy and X-ray photoelectron spectroscopy［J］. ACS Catal， 6（11）： 7844-7854.

SHI Y C， FENG J J， LIN X X， et al， 2019. One-step hydrothermal synthesis of three-dimensional nitrogen-doped reduced graphene oxide hydrogels anchored PtPd alloyed nanoparticles for ethylene glycol oxidation and hydrogen evolution reactions［J］. Electrochim Acta， 293： 504-513.

SONG P T， 2022. Finite-size effect of a weakly interacting Bose gas at zero-temperature［J］. Phys Lett A， 455： 128515.

SUBHAN F， ASLAM S， YAN Z， et al， 2021. Palladium nanoparticles decorated on ZSM-5 derived micro-/ mesostructures （MMZ） for nitrophenol reduction and MB degradation in water［J］. J Environ Chem Eng， 9（1）： 105002.

SUN X Q， GAO X H， WANG Y Y， et al， 2022. Study of the mechanism of nitrogen doping in carbon supports on promoting electrocatalytic oxygen reduction reaction over platinum nanoparticles［J］. J Fuel Chem Technol， 50（11）： 1427-1436.

SWAIN S， ALTAEE A， SAXENA M， et al， 2022. A comprehensive study on heterogeneous single atom catalysis： Current progress， and challenges［J］. Coord Chem Rev， 470： 214710.

TOL R T， MATHOT V B F， GROENINCKX G， 2005. Confined crystallization phenomena in immiscible polymer blends with dispersed micro- and nanometer sized PA6 droplets， part 2： Reactively compatibilized PS/PA6 and （PPE/PS）/PA6 blends［J］. Polymer， 46（2）： 383-396.

TUO Y X， SHI L J， CHENG H Y， et al， 2018. Insight into the support effect on the particle size effect of Pt/C catalysts in dehydrogenation［J］. J Catal， 360： 175-186.

XIAN L， MA J， LI W， et al， 2022. Synthesis of ultrafine platinum nanocatalysts by ice-photochemical method and their application in catalytic degradation of 4-nitrophenol［J］. ChemistrySelect， 7（45）： e202204071.

XIAN L， SU B Q， FENG Y X， et al， 2021. The photochemical effects of visible light on K2［PtCl4］hydrolysis and the synthesis of Pt nano catalysts［J］. Inorg Nano Met Chem， 51（6）： 882-888.

XIANG Y Z， LV Y A， XU T Y， et al， 2011. Selectivity difference between hydrogenation of acetophenone over CNTs and ACs supported Pd catalysts［J］. J Mol Catal A Chem， 351： 70-75.

XIE W， ZHANG Y， LIEW K， et al， 2012. Effect of catalyst confinement and pore size on Fischer-Tropsch synthesis over cobalt supported on carbon nanotubes［J］. Sci China Chem， 55（9）： 1811-1818.

XUE H， ZHANG J， HAN S， et al， 2019. Effect of asphaltenes on the structure and surface properties of wax crystals in waxy oils［J］. Energy Fuels， 33（10）： 9570-9584.

YANG F R， GAO L， LAI W C， et al， 2023. Recent advance on structural design of high-performance Pt-based nanocatalysts for oxygen reduction reaction［J］. Adv Sens Energy Mater， 2（1）： 100022.

YOO P K， KIM S， 2022. Preparation and electrochemical activity of platinum catalyst-supported graphene and Fe-based metal-organic framework composite electrodes for fuel cells［J］. J Ind Eng Chem， 105： 259-267.

ZHANG M， LIU J， ZHANG Y H， et al， 2023a. Preparation of highly dispersed silicon spheres supported cobalt-based catalysts and their catalytic performance for Fischer-Tropsch synthesis［J］. J Fuel Chem Technol， 51（5）： 608-615.

ZHANG Q， LU X， YUE F， et al， 2023b. N-doped semi-graphitic C loaded with metallic Co： Synthesis parameters and catalytic selective reduction of p-nitrophenol［J］. New J Chem， 47（8）： 3834-3846.

ZHAO J， CHEN C， MA W， 2005. Photocatalytic degradation of organic pollutants under visible light irradiation［J］. Top Catal， 35（3）： 269-278.

ZHAO Z， BAI P， DU W， et al， 2020. An overview of graphene and its derivatives reinforced metal matrix composites： Preparation， properties and applications［J］. Carbon， 170： 302-326.

ZHOU C， GAN M， XIE F， et al， 2020. Pt nanoparticles coated on multiwalled carbon nanotubes by the modification of small-sized molybdenum phosphide for enhanced methanol electro-oxidation［J］. Ionics， 26（12）： 6331-6340.

ZHOU X， BAI X， 2023. PdCu alloy prepared by ultrasonic method catalyzes the degradation of p-nitrophenol［J］. Environ Sci Pollut Res， 30（16）： 48449-48459.

ZHU J， FIGUEIREDO J L， FARIA J L， 2008. Au/activated-carbon catalysts for selective oxidation of alcohols with molecular oxygen under atmospheric pressure： Role of basicity［J］. Catal Commun， 9（14）： 2395-2397.

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