纳米材料催化典型有机合成反应探索(2)
1.1 纳米金属单质催化
纳米金属单质催化剂包括单金属催化剂、双金属或三金属催化剂等。
金和铂作为十分稳定的金属单质，能参与/催化一些不常见的反应。纳米级金粒子对氯金酸-盐酸羟胺生成较大粒径的金颗粒这一慢反应具有很强的催化作用。将纳米金标记制备获得免疫纳米金，具有良好的催化能力；该催化的特点为灵敏、快速，同时具有有较高的特异性，可以用于人血清IgG[1] 的定量分析。金属铂则是一种常见的催化剂，常用于加氢还原、合成氨以及一些特殊的反应。纳米铂颗粒的制备方法之一，是将柠檬酸，NaOH的乙二醇溶液以及H2PtCl6-6H2O溶液混合，加热情况下回流两小时，将在烧瓶底产生的黑色沉淀物经离心、水洗多次后得到的。人们研究了苯胺在纳米铂颗粒和铂片催化下的无电聚合效果，催化实验的结果用红外光谱测试后发现，纳米铂颗粒的催化效果比铂片催化效果更好[2]。负载型纳米铂催化剂，如将金属铂负载于PICP材料表面，不仅具有较高的催化活性和选择性，而且可以适应多种还原性基团的存在，如醛基、酮基和氰基等。金属铂在PICP材料表面负载均匀分布，并不改变PICP原有的热稳定性，同时增强了芳香硝基化合物加氢反应的选择性。
LDG/Pd（低缺陷石墨烯附载钯）是一种钯负载型催化剂，在其利用软化学法进行制备的过程中，可以保证石墨烯的框架结构不被破坏，同时可以把直径为1-5纳米的钯粒子均匀分布在石墨烯片层的表面。它的催化反应特性也比较独特，因其有着极强的电化学活性表面（超过了氧化石墨烯两倍），所以主要用于甲酸/乙酸燃料电池。催化过程中，石墨烯附载钯提供了许多让纳米粒子沉积的表面积，使得复合物有着很好的导电性和稳定性[3]。
因双金属/三金属合金催化剂有着高活性、高选择性和回收再利用性能，近年来吸引了人们的关注和对其的广泛研究。金属合金催化的反应包括选择性氧化、氢化、脱氯等反应。双金属纳米催化反应的前沿发展，会根据其可控稳定的合成反应以及对其反应机理的研究而进行[4]。例如，Fe-Ni-B-O球形纳米合金粉末，其颗粒尺寸小，表面原子占有的体积分数很大，表面键态和电子态不同，原子配位不饱和，这些因素导致其具有很高的表面活性和优异的催化特性，在催化硼氢化钠水解制氢[5]中有很好的催化效果。
1.2 纳米金属氧化物催化
以复合氧化物为主的催化剂制备通常是以传统的固态的氧化物或金属碳酸盐为原料，经高温固相反应、粉碎以得到复合氧化物的粉体。纳米复合氧化物的制备通常由软化学法，共沉淀法、溶胶-凝胶法等，在较低的反应温度和温和的条件下制备出纳米材料[6]。常见的复合氧化物有磁性Fe3O4纳米材料催化剂、固体酸催化剂以及两者的结合等。
磁性纳米材料的显著特征就是便于回收利用。人们可以通过使用磁铁等物质，在反应结束后的混合液中通过磁性吸附简单地对该类催化剂进行回收再利用。
磁性纳米四氧化三铁是一种广泛应用的纳米催化剂，已应用在多种反应中。有研究[7]表示，新型磁性四氧化三铁内核附着壳聚糖交联网中，可以配合双氧水，对许多物质进行选择性氧化，提高双氧水的利用率。另有研究者通过向有二氧化硅涂层的纳米四氧化三铁表面合成咪唑硫酸氢盐，制成了一种支持双重酸性例子液体催化剂的新型磁性纳米粒子[8]。它像准均相催化剂一样，能有效催化该研究小组所进行的一锅煮反应。该催化剂还具有一个优势，即在回收重复利用6次的情况下，催化效果并没有明显的降低。这是当今化工行业绿色化学概念发展的一个重要方面，也是反应环境友好性的体现。
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