【文献解读】Green Chem.木质素纳米球用于合成具有催化活性的钯纳米颗粒

背景介绍

木质素纳米颗粒结合了木质素与纳米材料的特性，如低成本、丰富的官能团、较大的比表面积以及高扩散和相容性，使其可用于抗紫外线和抗菌涂层、药物缓释、功能化填料、重金属离子及其它污染物吸附等。溶剂转移法因其高度适用性是木质素纳米颗粒制备技术中使用最为广泛的策略之一。然而，溶剂转移法通常依赖于使用大量有毒有机溶剂以及除去溶剂时所需的耗时透析过程。因此，为了满足绿色化学的需求，迫切需要开发一种简单的木质素纳米颗粒制备技术，使用绿色溶剂，而无需化学修饰和随后的透析过程。

针对上述问题，天津科技大学司传领教授、王冠华副研究员和University of New Brunswick倪永浩教授等另辟蹊径，提出了一种新颖、有效的木质素纳米颗粒的制备方法，在二元γ-戊内酯/甘油体系中通过乳化法制备木质素纳米微球，而无需木质素修饰和其它透析过程。此木质素纳米颗粒制备方法，适用于不同来源与类型的木质素（该研究成果已经入选当期封底论文）。此外所制备的木质素纳米微球可进一步作为一种绿色还原剂和载体用于钯纳米颗粒的原位合成，制备具有显著地催化性能的钯@纳米木质素催化剂。

图文解读

木质素纳米微球的制备过程可以表述为，木质素首先溶解于γ-戊内酯中，随后在室温条件下加入到甘油中。由于γ-戊内酯与甘油不相容进而形成分离的两相，以溶解有木质素的γ-戊内酯为上层和不含木质素的甘油为下层。当双相体系被加热到80 ℃时便形成均匀溶液相，而降温到室温时，便形成稳定分散的乳液体系，溶有木质素的γ-戊内酯液滴均匀地分散在甘油中。随后通过加入水，以类似于从溶剂中析出纳米木质素的过程，在包括疏水相互作用、氢键、π-π相互作用和范德华力等驱动下木质素分子聚集成纳米微球。通过SEM和TEM图发现，所制备的木质素纳米微球呈现完美的球形，且尺寸均一。这些木质素纳米微球的尺寸分布大约在275 nm左右。此外相较于已报道研究，此方法具有很高的收率(93.4%)。

木质素的化学结构和特性，取决于其来源与分离过程。木质素的这些变化影响其在γ-戊内酯中的溶解度，并潜在地影响该木质素纳米微球制备方法的适用性。四种木质素样品，分别为从杨木，马尾松和玉米秸秆中提取的碱木质素，以及从玉米秸秆中提取出的有机溶剂木质素，用于木质素纳米微球的制备。结果显示，尽管所制备的四种木质素纳米微球具有不同的粒径，但皆呈现出规则的球形，且具有相对均匀的粒径分布和较高的得率，这表明此方法可广泛地应用于大多数类型的木质素。

所制得的木质素纳米微球，可用作绿色还原剂，用于原位生成钯纳米颗粒。TEM图显示大量钯纳米颗粒均匀地分布在纳米微球表面，同时木质素纳米微球保持了完整的球形并未出现结构塌陷。高倍放大的TEM图显示钯纳米颗粒呈现球形，尺寸分布在3-5 nm之间。

进一步研究了所制备的钯@纳米木质素在甲酸存在下，催化还原高毒性的Cr（VI）为Cr（III）的可行性。结果显示，相比于纳米钯颗粒，钯@纳米木质素表现出更快的还原速率，8 min中内Cr（VI）几乎被还原为Cr（III），直观表现为溶液颜色由黄色变为无色。催化剂循环稳定性研究显示，钯@纳米木质素表现出优异的稳定性，多次循环后结构无明显变化，并仍然保持优异的催化活性。

总 结

该团队成功开发出了一种绿色，高效的木质素纳米微球制备方法，无需对木质素进行改性和额外的透析过程。并以所制备的木质素纳米微球为绿色还原剂和载体，合成了纳米钯@木质素纳米微球催化剂，并表现出优异的催化活性和可重复使用性。该工作为制备木质素纳米微球提供了一条绿色而有效的途径，并提出了将木质素纳米微球作为金属纳米颗粒载体应用于催化领域的创新概念。

原文链接

https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/gc/d0gc02424d#!divAbstract

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