多孔g-C3N4负载不同受限贵金属纳米粒子及其催化活性研究

通过简单的光化学还原方法，得到一系列具有相同负载量的贵金属(Au, Ag, Pd, Pt)纳米颗粒@多孔g-C3N4纳米复合材料。利用XRD、SEM、TEM、XPS、FT-IR和N2物理吸附等手段对样品的微观结构、形貌等性能进行了表征，并评价了M@pg-C3N4纳米复合材料对KBH4还原4-硝基苯酚(4-NP)的催化活性。其结果表明，贵金属纳米颗粒均匀负载在pg-C3N4上，与纯pg-C3N4相比，所有M@pg-C3N4纳米复合材料对4-NP催化还原性能明显增强。其中，Au@pg-C3N4的最高速率常数达到1.386 min−1，优于M@pg-C3N4的催化活性(M = Ag，Pd和Pt)。这归因于g-C3N4的多孔结构对不同贵金属纳米颗粒的整体限域效应和贵金属纳米粒子的优良的电子传输性能。本文为贵金属基复合催化剂的选择和应用提供了一定的实验依据。

在农药、医药和染料等工业制造过程中，4-硝基苯酚(4-NP)是一种经常使用的化工原料，由于硝基基团的存在不易降解且具有生物耐受性，在废液中被认为是一种有害污染物[1] [2] [3]。在催化剂存在下利用硼氢化物还原4-NP 可生成毒性较小的4-氨基苯酚(4-AP)， 是一种有效的去除4-NP 毒性的方法[4] [5] [6]。

而且，对氨基苯酚是目前应用较广泛的一种精细有机化工中间体，在制药工业中得到了广泛利用，例如制造止痛药和退热药等过程[7] [8] [9]。因此， 直接还原4-NP 不仅可以降低其对环境的毒害作用，还可以产生有用的4-AP 满足市场的巨大需求，这是非常有意义的。

目前，很多研究者们开发了报道了用于4-NP 还原的多种催化剂[5] [6] [7] [10]。其中，贵金属纳米颗粒(Au，Ag，Pt 等)由于其优良的光电特性在催化领域得到了广泛应用[11] [12] [13] [14]。无疑贵金属纳米颗粒(NPs)也已成为4-NP 还原反应中最常见的有效催化剂[15] [16] [17]。

尽管贵金属NPs 具有较好的催化性能，但由于表面能高，它们在生长过程中通常会发生严重的聚集，从而导致催化活性迅速下降而浪费稀有资源[18] [19]。因此，人们设计了很多方法来解决这些问题。其中，利用合适的载体负载贵金属NPs 的方法得到了研究者的注意[20]。

它不仅可以大大降低生产成本， 而且由于载体材料本身的某些独特性能(如高的比表面积、机械强度和优异的电导率)可以进一步显著提高催化性能[7] [21] [22] [23]。先前的一些研究也表明，合适的载体材料在4-NP 还原过程中也发挥了非常积极的作用[2] [8]。

近年来， 二维(2D)材料在催化反应中的限域效应(物理或化学方面)引起了人们的广泛关注， 因为它们会影响催化体系的形貌、电子结构、催化活性及其稳定性等[24] [25] [26] [27]。众所周知，二维石墨相氮