Summary
Ein Protokoll für die Synthese von schwammartige und Falten-wie Ni1 XNbXO Nanopartikel durch chemische Fällung wird vorgestellt.
Abstract
Wir zeigen eine Methode für die Synthese von NiXNb1 XO Katalysatoren mit schwammartige und Falten-wie Nanostrukturen. Durch Variation der Nb:Ni Verhältnis, eine Reihe von NiXNb1 XO-Nanopartikel mit einer unterschiedlichen atomaren Zusammensetzung (X = 0,03, 0,08, 0,15 bis 0,20) durch chemische Fällung vorbereitet worden. Diese NiXNb1 XO Katalysatoren zeichnen sich durch x-ray Diffraction, Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie und Rasterelektronenmikroskopie. Die Studie ergab das schwammartige und Falten-wie Aussehen des Ni0,97Nb0,03O und Ni0,92Nb0,08O auf die NiO-Oberfläche und die größere Fläche dieser NiXNb1 XO Katalysatoren, verglichen mit der Masse NiO. Maximale Fläche von 173 m2/g erhalten Sie für Ni0,92Nb0,08O Katalysatoren. Darüber hinaus wurden die katalytische Hydroconversion von Lignin-abgeleitete Verbindungen mit der synthetisierten Ni0,92Nb0,08O Katalysatoren untersucht.
Introduction
Die Vorbereitung von Nanocomposites hat zunehmende Aufmerksamkeit durch ihre entscheidende Anwendung in verschiedenen Bereichen erhalten. Um Ni-Nb-O gemischt-Nanopartikeln vorzubereiten, haben wie trockene Mischverfahren,71,2,3,4,5,6 verschiedene Methoden entwickelt worden, 9,10,11,12,13 Sol-Gel-Methode, 8 Verdunstung Methode,15 ,14 thermische Zersetzung Methode und Auto-Verbrennung. 16 in einem typischen Verdunstung Methode9, wässrigen Lösungen, die mit der entsprechenden Menge an Metall Vorstufen Nickel Nitrat Hexahydrat und Ammonium Niob Oxalat waren beheizt bei 70 ° C. Nach dem Entfernen des Lösungsmittels und weitere Trocknung und Kalzinieren erhielt das Mischoxid. Dieser Oxid-Katalysatoren weisen hervorragende katalytische Aktivität und Selektivität gegenüber oxidativen Dehydrierung (ODH) von Ethan, bezogen auf die elektronischen und strukturellen Neuordnung induziert durch den Einbau von Niob kationen im NiO Gitter . 11 die Einfügung von Nb sinkt drastisch die elektrophiler Sauerstoffspezies, die Oxidationsreaktionen von Ethan12verantwortet. Infolgedessen Erweiterungen dieser Methode hätte bei der Vorbereitung von verschiedenen Arten von Ni-Me-O Mischoxiden, wo mir = Li, Mg, Al, Ga, Ti und Ta. 13 es wird festgestellt, dass die Variation des Metall Dotierstoffe könnte unselektiv und elektrophiler Sauerstoffradikale von NiO zu ändern, damit systematisch optimieren die ODH Aktivität und Selektivität gegenüber Ethan. Jedoch im Allgemeinen die Oberfläche diese Oxide ist relativ klein (< 100 m2/g), aufgrund der erweiterten Phase Trennung und die Bildung von großen Nb2O5 Kristallite, und behindert somit ihre Verwendung in anderen katalytische Anwendungen.
Trocken mischen Methode, auch bekannt als die Solid-State-Schleifen, ist eine andere häufig verwendete Methode, die gemischt-Oxid-Katalysatoren vorzubereiten. Da die katalytische Materialien in ein Lösungsmittel-freie Weise erhalten werden, bietet diese Methode eine vielversprechende grüne und nachhaltige Alternative zur Vorbereitung der gemischt-Oxid. Die höchste Fläche, die durch diese Methode erhalten ist 172 m2/g für Ni80Nb20 bei Kalzinierung Temperatur von 250 ° C. 8 allerdings ist diese Solid-State-Methode nicht zuverlässig als Reaktionspartner auf atomarer Skala nicht gut gemischt sind. Daher eine bessere Kontrolle über chemische Homogenität und bestimmte Partikelgrößenverteilung und Morphologie, andere geeigneten Methoden zur Vorbereitung der Ni-Nb-O gemischt Oxid, die Nanopartikel noch gesucht werden. 7
Unter den verschiedenen Strategien bei der Entwicklung von Nanopartikeln dient chemische Fällung als eine der vielversprechende Methoden, um die Nanocatalysts zu entwickeln, da es die komplette Niederschlag von Metallionen erlaubt. Außerdem sind Nanopartikel aus höheren Flächen häufig mithilfe dieser Methode vorbereitet. Um die katalytischen Eigenschaften von Ni-Nb-O Nanopartikeln zu verbessern, berichten wir hier das Protokoll für die Synthese einer Reihe von Ni-Nb-O gemischt Oxid Katalysatoren mit hoher Oberfläche durch chemische Fällung Methode. Wir bewiesen, dass das Molverhältnis von Nb:Ni ein entscheidender Faktor ist bei der Bestimmung der katalytischen Aktivität von Oxiden in Richtung der Hydrodeoxygenation Lignin abgeleitet organischer Verbindungen. Mit hohen Nb:Ni Verhältnis oben 0,087 bildeten sich inaktive NiNb2O6 Arten. NI0,92Nb0,08O, die die größte Fläche (173 m2/g), Exponate Falten-wie Nanosheets Strukturen und zeigte die beste Aktivität und Selektivität gegenüber der Hydrodeoxygenation der Anisole zu Cyclohexan.
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Protocol
Vorsicht: Für den richtigen Umgang mit Methoden, Eigenschaften und Toxizität von Chemikalien, die in diesem Dokument beschriebenen beziehen sich auf die entsprechenden Sicherheitsdatenblätter (SDB). Einige der verwendeten Chemikalien sind giftig und krebserregende und besondere sorgen müssen getroffen werden. Nanomaterialien können möglicherweise Gefahren für die Sicherheit und Gesundheitseffekte darstellen. Einatmen und Haut Kontakt sollte vermieden werden. Aus Sicherheitsgründen muss ausgeübt werden, z. B. das Durchführen der Katalysator-Synthesis in der Dunst Haube und Katalysator Leistungsbewertung mit Autoklav Reaktoren. Persönlicher Schutzausrüstung muss getragen werden.
1. Vorbereitung des Ni0,97Nb0,03O Katalysatoren wo Nb:(Ni+Nb) molare Verhältnissen 0,03 gleich
- Kombinieren Sie 0,161 g von Niob (V) Oxalat Hydrat mit 2,821 g Nickel Nitrat in 100 mL entionisiertem Wasser in einem drei-necked Rundboden 250-mL-Kolben mit Stir Bar ausgestattet.
- Rühren Sie die Lösung bei 50 u/min und 70 ° C, um die Verbindungen bis das Verschwinden des Niederschlags mit einer Heizung Magnetrührer auflösen.
- Die Temperatur rasch auf 80 ° C mit einer Rate von 2 ° C/min zu erhöhen.
- Fügen Sie eine gemischte Basislösung [wässrigen Ammonium Hydroxid (50 mL, 1,0 M) und Natriumhydroxid (50 mL, 0,2 M)] in das Reaktionsgemisch tropfenweise, bis der pH-Wert der Lösung Ni/Nb 9,0 erreicht.
- Unter ständigem Rühren das Reaktionsgemisch, erhöhen Sie die Temperatur auf 120 ° C bei 2 ° C/min.
- Rühren Sie das Reaktionsgemisch über Nacht bei 50 u/min bei 120 ° C das völlige Verschwinden der grünen Farbe der Lösung.
- Induktiv gekoppelte Plasma-optische Emission-Spektrometrie (ICP-OES) Analyse nach der Lösung für die Konzentration der verbleibenden Ni2 + und Nb5 + -Ionen in der Lösung zu bewerten und gewährleisten die vollständige Fällung von verbleibenden nickel Nitrat.
- Das Solid durch Filtration mit Büchner Flasche zu sammeln. Waschen Sie den Volumenkörper durch Zugabe von 2 L entionisiertem Wasser wiederholt innerhalb von 20 min, das restliche Na+ -kation zu entfernen.
- Der Feststoff in einem Uhrglas zu sammeln. Trocknen Sie das Solid bei 110 ° C für 12 h im trockenen Ofen.
- Durch Erhitzen der Feststoffe in synthetischer Luft (20 mL/min O2 und 80 mL/min N2) bei 450 ° C für 5 h im Rohrofen Calcine. Überprüfen Sie alle Glaswaren für Mangel vor der Verwendung der hohen Temperatur der Reaktion.
- Erhalten Sie nach der Kalzinierung 1 g Ni0,97Nb0,03O Katalysator. Verwenden Sie geeigneten Schutzausrüstung wie Schutzbrille, Handschuhe, Kittel und Rauch Haube, Nanocrystal Reaktion aufgrund der potenziellen Gefahren für die Sicherheit und gesundheitliche Auswirkungen von Nanomaterialien durchzuführen.
2. Vorbereitung des Ni0,92Nb0,08O Katalysatoren wo Nb:(Ni+Nb) molare Verhältnissen 0,08 gleich
- Dieses Verfahren ist ähnlich der von 1 bis auf die ersten beiden Schritte:
- 0,43 g von Niob (V) Oxalat Hydrat in 100 mL entionisiertem Wasser auflösen.
- Separat, 2,675 g Nickel Nitrat in 100 mL entionisiertem Wasser auflösen.
3. Vorbereitung des Ni0,85Nb0,15O Katalysatoren wo Nb:(Ni+Nb) molare Verhältnissen 0,15 gleich
- Das Verfahren ist ähnlich der von 1 bis auf die ersten beiden Schritte:
- 0,807 g von Niob (V) Oxalat Hydrat in 100 mL entionisiertem Wasser auflösen.
- Separat, 2,472 g Nickel Nitrat in 100 mL entionisiertem Wasser auflösen.
4. Vorbereitung der Ni0,80Nb0,20O Katalysatoren wo Nb:(Ni+Nb) molare Verhältnissen 0,20 gleich
- Das Verfahren ist ähnlich der von 1 bis auf die ersten beiden Schritte:
- 1,076 g von Niob (V) Oxalat Hydrat in 100 mL entionisiertem Wasser auflösen.
- Separat, 2,326 g Nickel Nitrat in 100 mL entionisiertem Wasser auflösen.
5. Vorbereitung des Nb2O5 mit chemischen Fällung Methode
- Calcine niobic Säure (Nb2O5·nH2O) in synthetischer Luft für 5 h bei 450 ° C, pure Nb2O5 Partikel zu erhalten.
Hinweis: Bestätigen Sie die Fertigstellung der Reaktion unter Verwendung der Pulver Beugung (XRD) Röntgenstrahlanalyse, wo Nb2O5·nH2O ist amorph und Nb2O5 ist kristallin. Nach der Analyse war der Kalzinierung für 5 h bei 450 ° C genug, um die Reaktion abgeschlossen.
6. Synthese von β-O-4 Lignin Modell Verbindung, 2-(2-methoxyphenoxy)-1-phenylethan-1-one
- Bromoacetophenone (9,0 g, 45 Mmol) und 2-Methoxyphenol (6,6 g, 53 Mmol) in 200 mL Dimethylformamid (DMF) in einen 500-mL konische Kolben mit einem Magnetrührer auflösen. Verwenden Sie geeignete Ausrüstung und Rauch Schutzhaube, um die Reaktion mit korrosiven und krebserregende Chemikalien und Reagenzien durchzuführen.
- Mischen Sie die oben genannte DMF-Lösung mit Kaliumhydroxid (3,0 g, 53 Mmol) und rühren Sie die Mischung über Nacht bei 50 u/min bei Raumtemperatur mit magnetischen Rührer.
- Das Produkt mit der Mischung Lösung von H2O 200 mL und 600 mL Diethylether zu extrahieren (1:3, V/V) mit Trennung Trichter. Erhalten Sie die oberen Diethylether Schicht der Lösung.
- Fügen Sie MgSO4 (10 g) zur Aufnahme von Feuchtigkeit der Diethylether Lösung hinzu. Filtern Sie die MgSO4 um die Diethylether Lösung zu erhalten, durch die Verwendung von Filterpapier und Trichter.
- Nach Entfernung der Diethylether Lösung unter vermindertem Druck bei 0,08 MPa mit Drehverdampfer lösen sich die Rückstände in 5 mL Ethanol.
- Langsam verdunstet das Lösungsmittel Ethanol um das Produkt in einen 10-mL-Becherglas recrystallize. Ware (11,5 g) als gelbliches Pulver beziehen und die Ausbeute ist 90 % bezogen auf die Bromoacetophenone. Von 1H NMR-Analyse, 1H NMR (DMSO): δ 3,78 (s, 3 H, OCH3) 5.54 (s, 2 H, CH2) 6,82-8.01 (m, 9 H, aromatisch) ppm. 17
7. Hydrodeoxygenation Lignin-abgeleitete aromatische Ether
Hinweis: Die gewählten Lignin-abgeleitete aromatische Ether ist Anisole bei diesem Experiment und der Katalysator ist Ni0,92Nb0,08O. Einsatz geeigneter Schutzausrüstung und Abzugshaube, die Reaktion unter Verwendung der krebserregende Reagenzien durchzuführen.
- Rüsten Sie einen 50-mL-Edelstahl Autoklaven Reaktor mit einer Heizung und einem Magnetrührer.
- Reduzieren Sie Ni0,92Nb0,08O Katalysator (1 g) aus Schritt 2 im Autoklaven Reaktor in H2 Atmosphäre bei 400 ° C für 2 Stunden gewonnen und dann passiviert des Katalysators unter Argon (50 mL/min) über Nacht.
- Anisole (1,1712 g, 8 Gew.-%) in n-Decane (20 mL) mit dem Einsatz von n-Dodecane (0,2928 g, 2 Gew.-%) als interner Standard für die Analyse der quantitativen Gaschromatographie (GC) auflösen.
- Die reduzierte Katalysatoren (0,1 g) in den Autoklaven Reaktor Langzeitbelichtung mit Luft (< 5 min.) schnell zu stellen.
- Versiegeln des Autoklaven-Reaktors, Spülen mit H2 wiederholt (3 Mal, bei 3 MPa Druck), um Luft, und dann die Reaktionsmischung bei Atmosphärendruck zu beseitigen.
- Die Rührgeschwindigkeit bei 700 u/min eingestellt.
- Nach dem Erhitzen auf die gewünschte Temperatur bei 160-210 ° C bei 2 ° C/min, unter Druck den Autoklaven-Reaktor bis 3 MPa und stellen Sie die Null-Zeitpunkt (t = 0).
Hinweis: Der Temperaturbereich von 160-210 ° C eignet sich in diesem Bericht. - Anschließend kühlen Sie die Mischung auf Raumtemperatur bei 10 ° C/min sofort und analysieren Sie die sauerstoffarmes Produkte mit Gaschromatographie mit Masse selektive Detektor. 17
- Bestimmen Sie die Umwandlung von Lignin Modell Verbindung nach folgender Gleichung:
- Bestimmen Sie die Produktselektivität nach folgender Gleichung:
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Representative Results
Röntgendiffraktometrie (XRD) Muster (Abbildung 1 und Abbildung 2), BET Flächen, Temperatur programmierte Reduktion des Wasserstoffs mit Wasserstoff (H2- TPR), Rasterelektronenmikroskopie (SEM) ausgestattet mit einem Energy-dispersive x-ray (EDX )-Analysator, Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie (XPS) wurden für die Nanopartikel NiO, Ni-Nb-O und Nb2O5 Oxide17 (Abbildung 3 und Abbildung 4) gesammelt. XRD, SEM und XPS sind verwendet, um die Phase und die Morphologie der Nanostrukturen zu bestimmen. In Tabelle 1wurden die physikalisch-chemischen Eigenschaften von Ni-Nb-O gemischte Oxide gesammelt. 17
Die Struktur der Katalysatoren hat zuvor berichtet und diskutiert. 17 the x-ray Beugungsmuster gesammelt für die gemischt-Oxid gebildet durch chemische Fällung von Nickel Nitrat und hydratisiert Niob (V) Oxalat (Abbildung 1), ist in guter Übereinstimmung mit dem beobachteten hydratisiert Nickel Oxalat (TERMTUD 25-0581) . Nach Kalzinierung mit gemischt-Oxid Ausscheidungen für 2 h bei 700 ° C beobachtet die Gipfel bei 2θ von 26,8 ° 35,2 ° und 52,9 ° (TERMTUD 76-2355) kristalline NiNb2O6 Phasen entsprechend.
Das x-ray Diffraction Muster gesammelt für die synthetisierte NiXNb1 XO Nanopartikel nach Kalzinierung für 5 h bei 450 ° C (Abbildung 2), Anzeigen wichtigsten Beugung Gipfel am 2θ 37,1 °, 43,2 °, 62,5 °, 74,8 ° und 78,7 ° entsprechen der (111), (200) (220) (311) und Überlegungen (222), beziehungsweise. Dies ist eine gute Übereinstimmung der NiO Bunsenite Kristallstruktur (TERMTUD 89-7130). Außerdem ist deutlich anzumerken, dass ein niedriger Intensität breiten Hintergrund Peak bei etwa 26 ° mit Zuwächsen in Nb laden, erscheint die zugeschrieben wird der Entstehung der amorphen Niob Oxide durch chemische Fällung, die von Nb5 + besitzen und Hydroxyl-Ionen18. Nach Kalzinierung bei 700 ° C, die Spitzen entsprechend Ni-Nb-O gemischte Phase eingehalten werden im x-ray Diffraction Muster von Ni0,8Nb0,2O, die zeigen, dass die Existenz von amorphen nach Kalzinierung bei 450 ° C,19 , aber nicht die kristallinen Ni-Nb zusammengesetzte Phase. Es wurde dokumentiert, dass hohe % NB führen zur Bildung von gemischten Phase Ni-Nb-O, z. B. NiNb2O6, Ni3Nb2O8 und Ni4Nb2O9, die verringern würde die katalytische Funktion.
Scannen Elektronenmikroskopie Analyse zeigen drastisch unterschiedliche Morphologie die Oberfläche NiXNb1 XO Nanopartikel aus NiO (Abbildung 3). Im Gegensatz zu der gut-definierten Nanosheet kristalline Strukturen von der reinen NiO Falten-Like und schwammartiges Aussehen sind deutlich zu sehen auf der plättchenförmigen NiO Oberfläche mit kleinen Hohlräume für Ni0,97Nb0,03O und Ni0,92Nb 0,08O, beziehungsweise. 9 die schwammartige Spezies als die Ni-Nb-Mischkristall durch die Einbeziehung der Nb in der Gitterstruktur NiO aufgrund der vergleichbaren Ionischen Radius des Ni2 + identifiziert werden (0,69 Å) und Nb5 + (0,64 Å) kationen. 9 , 20 als Folge, Schwamm- / Block-aussehen und Runde Kristallite mit geringer Anzahl der kleinen Hohlräume für die Ni0,85Nb0,15O und Ni0,8Nb0,2O Nanopartikel aufgrund der erhöhten Nb eingehalten werden Inhalt in der Probe. Darüber hinaus zufolge sind die Energie-dispersive x-ray-Karten das Niob-Oxid gut dispergierte über den größten NiO Probe (Abbildung 4). Niob-angereicherten Oberfläche wird durch die größere Oberfläche Nb:Ni Verhältnis von Ni0,92Nb0,08O Probe (0.11/0.92), im Vergleich mit Masse theoretischer Wert (0.08/0.92) bestätigt. Dies kann durch die Tatsache erklärt werden, dass die Oberfläche des als vorbereitet Ni-Nb-O mit Ni-Nanopartikeln angereichert wird.
Die katalytische Leistung dieses als vorbereitet Ni-Nb-O-Metall-Oxid wurde mit der Hydrodeoxygenation der Anisole als die Modellreaktion getestet. Die Reaktion erfolgte in einem Autoklav-Reaktor bei 3 MPa und bei 160 ° C. 0,1 g Ni0,92Nb0,08O Katalysator wurde gelegt in einer Mischung aus 8 wt % Anisole und 20 mL n-Decane. Nach 2 h wurde 95,3 % Umsatz mit 31,8 % Selektivität von Anisole zu Cyclohexan erhalten. Nach 12 h wurde der Anisole komplett auf reines Cyclohexan umgestellt. Statt die Reaktionszeit verlängert, wurde auch der Einfluss der Temperatur auf die katalytische Leistung untersucht. Innerhalb von 2 h wurde Anisole komplett zu Cyclohexan umgewandelt, wenn die Temperatur bei 200 ° C anstelle von 160 ° c eingestellt war Gegenwärtigen Anstrengungen konzentriert sich auf die Umwandlung von anderen Lignin-abgeleitete Modell Verbindung mit höherem Molekulargewicht, die Hydrodeoxygenation-Fähigkeit von solchen Katalysator zu untersuchen.
Abbildung 1: XRD Mustern des Niederschlags gebildet durch das Mischen von Nickel Nitrat und Niob (V) Oxalat Hydrat in Wasser bei 70 ° C und nach Kalzinierung bei 700 ° c TERMTUD ist Joint Committee on Powder Diffraction Normendatenbank. TERMTUD 76-2355 ist der Standard XRD Referenzmuster für NiNb2O6 Materialien. JPCDS 25-0581 ist der Standard XRD Referenzmuster für Nickel Oxalat Hydrat Materialien. Diese Zahl wurde von Shaohua Jin Et Al. modifiziert 17 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 2: XRD Mustern von Ni-Nb-O gemischt Oxid Katalysatoren nach Kalzinierung bei 450 ° C in Luft für 5 h Diese Zahl wurde von Shaohua Jin Et Al. modifiziert 17 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 3. Scanning Electron Microscopy Mikrographen NiO und Ni-Nb-O gemischte Oxide. Diese Zahl verändert wurde, vom Shaohua Jin Et Al. 17 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Abbildung 4. Scanning Electron Schliffbild, Röntgen-Karten und Energy Dispersive x-ray Analyse des Scanning Electron Schliffbild. (a) Scanning Electron Schliffbild Ni0,92Nb0,08O. (b) x-ray Karten von Ni. c) Röntgen-Karten von O. d) Röntgen-Karten von NB e) Energy Dispersive x-ray (EDX) Ergebnisse der Ni0,92Nb0,08O Probe. Diese Zahl wurde von Shaohua Jin Et Al. modifiziert 17 Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
| Katalysatoren | NB/Ni-Verhältnis | SWette (m2/g) | d (nm) | VGesamt (cm3/g) | Kristallit Größe (nm)ein |
| NiO | 0 | 136 | 18 | 0,61 | 9.3 |
| NI0,97Nb0,03O | 0.031 | 158 | 16.5 | 0,65 | 8 |
| NI0,92Nb0,08O | 0,087 | 173 | 9.6 | 0,41 | 5.4 |
| NI0,85Nb0,15O | 0,176 | 139 | 12.5 | 0,43 | 11.8 |
| NI0,80Nb0,20O | 0,25 | 110 | 12 | 0,33 | 14.5 |
| NB2O5·nH2O | - | 122 | 6.7 | 0,2 | - |
| eine entschlossen durch die Berücksichtigung der NiO (200) Peak-höhere Intensität. | |||||
Tabelle 1. Physikalisch-chemischen Eigenschaften von NiO, Nb2O5 und Ni-Nb-O gemischte Oxide. Diese Tabelle wurde von Shaohua Jin Et Al. modifiziert 17
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Discussion
Eine der häufigsten Methoden zur Vorbereitung der Nickel-dotierte Bulk Niob-Nanopartikeln ist rotary Verdunstung-Methode. 9 durch den Einsatz von verschiedenen Bedingungen von Druck und Temperatur während des Prozesses der rotary Verdunstung, Niederschlag des Ni-Nb-O Partikel Handels mit dem langsamen Abbau des Lösungsmittels. Im Gegensatz zur rotary Verdunstung erhielt die chemische Fällung Methode berichtet in dieser Studie verstärkt um die Nanopartikel zu bereiten, wie dies erfordern nicht die Beseitigung von Lösungsmitteln. In den typischen chemischen Fällung Methoden, die Nanocatalysts vorzubereiten muss Lauge tropfenweise in die Lösung von Metallsalzen über einen langen Zeitraum der Zeit hinzugefügt werden. 21 in unserer Studie wurde eine Mischung aus Ammoniak-Hydroxid und Natriumhydroxid-Lösung als die auslösenden Agenten verwendet. Einer der kritischen Schritte bei der chemischen Fällung Methode ist die Geschwindigkeit des Zusatzes des auslösenden mittels. 22 , 23. muss darauf geachtet werden, bei der Kontrolle der Geschwindigkeit der Addition der auslösenden Agenten, d. h.die grundlegenden Mischungen, und es ist am besten mit einer Rate von einem Tropfen pro Sekunde kontrolliert. Peristaltische Pumpe ist wenn möglich, lässt sich präzise steuern, die Ergänzung der Fällungs-Agenten.
Abgesehen von der Zusatz-Rate ist die Kontrolle der Temperatur ein weiterer wichtiger Schlüssel für erfolgreiche Niederschlag wie die Morphologie als vorbereitet Metalloxide sind stark abhängig von der Temperatur bei der Herstellung verwendet. Aber es ist nicht klar, die Korrelation zwischen der Morphologie von Nanopartikeln und ihre damit verbundenen katalytische Leistung, unbedingt die Optimierung der Vorbereitung Temperatur, die effiziente Nanocatalysts zu entwickeln.
Wie Brønsted und Lewis-Säure-Sites für HDO Verfahren zur phenolischen und Sauerstoff enthaltenden Aromaten, Kohlenwasserstoffe,17 die Optimierung sind ist die saure Seite Menge auch entscheidend zur Verbesserung der katalytischen Eigenschaften von Nanopartikel. Nach der damit verbundenen mechanistischen Studie in den Methoden der chemischen Fällung von Nanopartikeln die Menge der Brønsted-Sites sind stark abhängig von der Menge des Restwassers auf die Katalyse. 24 so gibt Steuerung die Trocknungszeiten und die Kalzinierung Temperatur von Katalysatoren auch wichtige Schritte im Protokoll um die katalytischen Eigenschaften der Katalysatoren zu optimieren.
Verglichen mit anderen gemeinsamen Nanopartikel Zubereitungsmethoden, erhielt chemische Fällung Methode verstärkt um die Nanopartikel vorzubereiten. Es ist wahrscheinlich, weil dies erfordern nicht die Beseitigung von Lösungsmitteln in der Vorbereitung. Darüber hinaus ist diese Methode ist in der Lage, die einheitliche Dispersion von metallischen Bauteilen zu fördern und häufig verwendet bei der Herstellung von Nanopartikeln mit relativ größeren Flächen. 17 allerdings ist diese Methode vorzuziehen, Metall-Oxid-Katalysator mit relativ höheren Konzentration von Metallionen wie denen der Übergang Metall Elemente vorzubereiten. 25 , 26 , 27 so, es empfiehlt sich nicht alkalische Erde Metalloxid mit dieser Methode vorbereiten.
Die Suspension wird dann durch eine Mischung von Natriumhydroxid und Ammonium Hydroxid wässriger Lösung bei pH 9 ermöglicht die vollständige Fällung von Rest-Ni2 + und Nb5 + kationen in der Probe, gefolgt vom Waschen mit entionisiertem Wasser behandelt. wiederholt, um überschüssige Na+ -kation zu entfernen. Nach der anschließenden Kalzinierung in synthetischer Luft bei 450 ° C sind die NiXNb1 XO Nanopartikel vorbereitet und analysiert.
Flächen, Volumen und Größe pore erfasst die synthetisierten NixNb1 XO (Tabelle 1) zeigen, dass die chemische Fällung-Synthese durch die Einbeziehung der entsprechenden Anteil der Nb in die NiO (Nb:Ni Verhältnis < 0,087) könnte die Flächen der Materialien, effektiv zu erhöhen, da Niob Oxalat als Vorläufer verwendet wird. Dies wird auch durch die Tatsache unterstützt, dass durch die chemische Zersetzung von hydratisierten Nickel Oxalat mit der organischen Natur,9 poröser Struktur gebildet werden kann, wie in der x-ray Diffraction Muster (Abbildung 1). Jedoch die Fläche von NiXNb1 XO nimmt deutlich ab, wenn das Nb:Ni Verhältnis zwischen 0,15 und 0,25 ausgelöst wird. Dies ist wahrscheinlich auf die Bildung von großen blockartige Kristallite in der Probe. Scherrer-Formel dient zur Berechnung der Kristallit-Größe der alle vorbereiteten gemischt-Oxid. Es kann geschlossen werden, dass die Größe der Kristallit eng mit der entsprechenden Fläche verbunden ist. Wir bewiesen an anderer Stelle, dass das Nb:Ni-Verhältnis ein entscheidender Faktor ist bei der Bestimmung der katalytischen Aktivität von Oxiden in Richtung der Hydrodeoxygenation Lignin abgeleitet organischer Verbindungen. Mit hoher Nb % (Nb:Ni > 0,087), inaktive NiNb2O6 Arten bildeten sich durch die Reaktion zwischen der amorphen Phase der Nb und NiO, führt der Aggregation der NiO und Katalysator mit geringer Fläche gewonnenen war. Mit niedriger Nb % (Nb:Ni ≤ 0,087) kann die Zugabe von Niob Oxalat der Oberfläche des Katalysators erhöhen. Dies wird durch die Tatsache, dass die als gebildet Ni Oxalat das Kristallwachstum von NiO-Kristallite verzögern, zugeschrieben, da Ergebnis Katalysator mit höheren spezifischen Bereich erhalten wurde. Auf der anderen Seite für Katalysator mit Nb in geringerem Umfang, amorphe Nb2O5 kann die Streuung der NiO Kristallite auf der Oberfläche fördern, damit Aggregation von NiO Kristallite gehemmt wurde. Die große Fläche (173 m2/g) von Ni0,92Nb0,08O, bestehend aus Falten-wie Nanosheets, zeigte die beste Aktivität und Selektivität gegenüber der Hydrodeoxygenation der Anisole zu Cyclohexan.
Zusammenfassend lässt sich sagen zeigen wir eine chemische Fällung Methode um die Ni-Nb-O-Oxid-Katalysatoren vorzubereiten. Obwohl diese Methode relativ höheren Konzentration von Metallionen Lösung erfordert, es wurde gefunden, um erfolgreich die Nanocatalysts mit höheren Flächen vorzubereiten, gegenüber denen, die von anderen Methoden. Außerdem zeigte der neu präparierten Nanopartikeln hervorragende katalytische Aktivität in der Hydrodeoxygenation der Anisole zu Cyclohexan. Die Studie ihrer Anwendungen in anderen katalytischen Systemen wie z. B. Hydrierung ist derzeit im Gange. Darüber hinaus wird davon ausgegangen, dass eine ähnliche Strategie weiter in die Vorbereitung der anderen verschiedenen Mischoxiden Ni-Me-O oder andere Nanomaterialien wie diejenigen mit Cu2 +Co2 + mit hoher spezifischer Oberfläche für verschiedene nützliche angewendet werden könnte Anwendungen wie die Oxidation von Alkohol und Wasser und katalytische Kupplungsreaktionen. 28 , 29 , 30
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Disclosures
Wir haben nichts zu veröffentlichen.
Acknowledgments
Wir erkennen dankbar die finanzielle Unterstützung durch National Key Research & Development Program des Ministeriums für Wissenschaft und Technologie der National Natural Science Foundation of China (Nr. 21573031 und 21373038), China (2016YFB0600305), Programm für hervorragende Talente in Dalian Stadt (2016RD09) und technologische und höhere Bildung Institute of Hong Kong (THEi SG1617105 und THEi SG1617127).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Niobium(V) oxalate hydrate, 98% | Alfa | L04481902 | |
| Nickel nitrate hexahydrate, 99% | Aladdin | N108891 | |
| Sodium hydroxide, 98% | Aladdin | S111501 | |
| Ammonium hydroxide, 23-25% | Aladdin | A112077 | |
| Anisole, 99% | Sinopharm | 81001728 | |
| Diphenyl ether, 98% | Aladdin | D110644 | |
| Phenol, 98% | Sinopharm | 100153008 | |
| 2-Methoxyphenol, 98% | Sinopharm | 30114526 | |
| Vanillin, 99.5% | Sinopharm | 69024316 | |
| Potassium hydroxide, AR | Aladdin | P112284 | |
| N,N-Dimethylformamide, 99.5% | Sinopharm | 40016462 | |
| 2-Bromoacetophenone,98% | Aladdin | B103328 | |
| Diethyl ether,99.5% | Sinopharm | 10009318 | |
| Decane,98% | Aladdin | D105231 | |
| Dodecane,99% | Aladdin | D119697 | |
| Niobic acid | CBMM | 1313968 | |
| Heating and Drying Oven | DHG Series (shanghai jinghong laboratory instrument co. ltd) | ||
| Autoclave Reactor | CJF-0.05—0.1L (Dalian Tongda Equipment Technology Development Co., Ltd) | ||
| Tube furnace | SK2-1-10/12 (Luoyang Huaxulier Electric Stove Co., Ltd) | ||
| Heating magnetic stirrer | DF-101 (Yu Hua Instrument Co. Ltd.) | ||
| Rotary evaporator | RE-3000A (Shanghai Yarong Biochemical Instrument Factory) | ||
| Synthetic air | |||
| Hydrogen gas | |||
| Argon gas |
References
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