由淀粉接枝聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)水凝胶支撑的铜纳米颗粒作为一种新型非均相催化剂，用于高效还原4-硝基苯酚

《ChemCatChem》：Copper Nanoparticles Supported by Starch-Grafted Poly(N,N-dimethyl acrylamide) Hydrogel as a Novel Heterogeneous Catalyst for Efficient Reduction of 4-Nitrophenol

通过接枝反应制备了淀粉-接枝聚N,N-二甲基丙烯酰胺（PDMAA）水凝胶，并利用NaBH4将Cu2+还原为CuNPs负载于该水凝胶网络中。复合催化剂在4-硝基酚还原反应中表现出高效催化性能，动力学研究显示其活化能为24.76 kJ/mol。该研究揭示了淀粉基水凝胶在负载纳米催化剂及催化应用中的潜力。

　　

摘要

通过将淀粉上的羟基与N,N-二甲基丙烯酰胺（DMAA）进行接枝，成功合成了新型的淀粉接枝聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)水凝胶或淀粉-g-PDMAA水凝胶。其中，使用乙二醇二甲基丙烯酸酯（EGDMA）作为交联剂，硝酸铈铵（CAN）作为引发剂。此外，还通过将铜离子（Cu²⁺）负载在淀粉-g-PDMAA水凝胶网络中，并利用硼氢化钠（NaBH₄）作为还原剂进行还原反应，制备了负载铜纳米颗粒的淀粉接枝聚(N,N-二甲基丙烯酰胺)复合材料（CuNPs/淀粉-g-PDMAA）。随后，通过扫描电子显微镜（SEM）、能量分散X射线光谱（EDS）、傅里叶变换红外光谱（FTIR）、X射线粉末衍射仪（XRD）和热重分析（TGA）等多种技术对复合材料进行了表征。为了研究其催化活性，还利用CuNPs/淀粉-g-PDMAA复合材料在NaBH₄存在下还原4-硝基苯酚（4-NP）。通过紫外-可见光谱研究了反应的动力学，并考察了初始NaBH₄用量、催化剂剂量和反应温度等参数。实验结果表明，反应的活化能（E_a）为24.76 kJ mol^?1，焓变（ΔH^#为21.74 kJ mol^?1，熵变（ΔS^#为?183.47 J mol^?1 K^?1）。负载的CuNPs可以作为还原4-NP（最常见的环境污染物）的替代异相催化剂。淀粉-g-PDMAA水凝胶可以有效用于支持铜纳米颗粒的制备，具有广泛的应用潜力。

图形摘要

由淀粉-g-PDMAA水凝胶支持的CuNPs可以作为新型异相催化剂，高效催化4-硝基苯酚（4-NP）的还原，甚至可用于其他相关反应的催化。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。