Chemische neerslag methode voor de synthese van Nb2O5 bewerkt Bulk nikkel katalysatoren met hoge specifieke oppervlakte
Summary
Een protocol voor de synthese van spons-achtig en vouw-achtige Ni1-xNbxO nanodeeltjes door chemische neerslag wordt gepresenteerd.
Abstract
We tonen een methode voor de synthese van NixNb1-xO katalysatoren met spons-achtig en vouw-achtige nanostructuren. Door het variëren van de verhouding van de Nb:Ni, een reeks van NixNb1-xO nanodeeltjes met verschillende atomaire composities (x = 0,03, 0,08 0,15 en 0,20) zijn opgesteld door chemische neerslag. Deze NixNb1-xO katalysatoren worden gekenmerkt door röntgendiffractie, X-ray photoelectron spectroscopy en scanning elektronen microscopie. De studie bleek de spons-achtig en vouw-achtige uiterlijk van Ni0.97Nb0.03O en Ni0.92Nb0.08O op de NiO-oppervlak, en de grotere oppervlakte van deze NixNb1-xO katalysatoren, vergeleken met de bulk NiO. Maximale oppervlakte van 173 m2/g kan worden verkregen voor Ni0.92Nb0.08O katalysatoren. Daarnaast is de katalytische hydroconversion van lignine afkomstige verbindingen met behulp van de gesynthetiseerde Ni0.92Nb0.08O katalysatoren zijn onderzocht.
Introduction
De voorbereiding van nanocomposieten heeft steeds meer aandacht als gevolg van hun cruciale toepassing gekregen in verschillende veld. Ter voorbereiding van Ni-Nb-O gemengd oxide nanodeeltjes, hebben zoals droog mengen methode,7,1,2,3,4,5,6 verschillende methoden ontwikkeld 8 verdamping methode,9,10,11,12,13 sol gel methode, thermische ontleding methode van14 ,15 en auto-verbranding. 16 in een typische verdamping methode9, waterige oplossingen met de juiste hoeveelheid metalen precursoren, nikkel nitraat-hexahydraat en ammonium niobium oxalaat waren verhit tot 70 ° C. Na de verwijdering van het oplosmiddel en verdere drogen en calcineren, is de gemengd-oxide verkregen. Deze oxide katalysatoren exposeren uitstekende katalytische activiteit en selectiviteit richting de oxidatieve dehydrogenering (ODH) van ethaan, dat is aan de omlegging van het elektronische en structurele geïnduceerd door de opneming van niobium caties in de NiO-rooster verwant . 11 de invoeging van Nb drastisch vermindert de elektrofiele zuurstof soorten, die verantwoordelijk voor de oxidatiereacties van ethaan12 is. Dientengevolge, uitbreidingen van deze methode zijn gedaan over de voorbereiding van verschillende soorten gemengde Ni-Me-O stikstofoxiden, waar mij = Li, Mg, Al, Ga, Ti en Ta. 13 het is gevonden dat de variatie van metalen dopants kan veranderen van de unselective en elektrofiele zuurstof-radicalen van NiO, dus systematisch tune de ODH activiteit en selectiviteit naar ethaan. Over het algemeen de oppervlakte van deze oxiden is echter relatief kleine (< 100 m2/g), vanwege de uitgebreide fase segregatie en de vorming van grote Nb2O5 kristalaggregaten, en dus belemmerd het gebruik ervan in andere katalytische toepassingen.
Droog mengen methode, ook bekend als de solid-state slijpen, is een andere veel gebruikte methode te bereiden de gemengd-oxide-katalysatoren. Aangezien de katalytische materialen worden verkregen in een oplosmiddel-vrije manier, biedt deze methode een veelbelovende groene en duurzame alternatief voor de voorbereiding van gemengd-oxide. De hoogste oppervlakte volgens deze methode verkregen is 172 m2/g voor Ni80Nb20 bij calcinatie temperatuur van 250 ° C. 8 deze solid-state methode is echter niet betrouwbaar omdat reactanten zijn niet goed gemengd op de atoomschaal. Dus, voor een betere controle van chemische homogeniteit en specifieke korrelgrootteverdeling en morfologie, andere geschikte methoden om te bereiden Ni-Nb-O gemengd oxide nanodeeltjes worden nog steeds gezocht. 7
Onder verschillende strategieën in de ontwikkeling van nanodeeltjes fungeert chemische neerslag als een van de veelbelovende methoden te ontwikkelen van de nanocatalysts, omdat het toelaat de volledige precipitatie van de metalen ionen. Ook, nanodeeltjes van hogere oppervlakten worden vaak bereid met behulp van deze methode. Ter verbetering van de katalytische eigenschappen van Ni-Nb-O nanodeeltjes, rapporteren we hierin het protocol voor de synthese van een reeks van Ni-Nb-O gemengd oxide katalysatoren met hoge oppervlakte door chemische neerslag methode. We toonden aan dat de molaire Nb:Ni-ratio een cruciale factor is bij het bepalen van de katalytische activiteit van de stikstofoxiden naar de hydrodeoxygenation van lignine-afgeleide organische stoffen. Met hoge Nb:Ni verhouding boven 0.087, werden inactieve NiNb2O6 soorten gevormd. Ni0.92Nb0.08O, die had de grootste oppervlakte (173 m2/g), vouw-achtige nanosheets structuren vertoont en toonde de beste activiteit en selectiviteit naar de hydrodeoxygenation van anisol aan cyclohexaan.
Protocol
Representative Results
Discussion
Een veelgebruikte methoden ter voorbereiding van de nikkel-doped bulk niobium-oxide nanodeeltjes is roterende verdamping methode. 9 door verschillende omstandigheden van de druk en temperatuur tijdens het proces van roterende verdamping, de neerslag van de Ni-Nb-O deeltjes handel met de trage verwijdering van het oplosmiddel. In tegenstelling tot de roterende verdamping methode, heeft de methode van de chemische neerslag gemeld in deze studie ontvangen steeds meer aandacht voor te bereiden de nano…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
We mijn dankbaarheid uitspreken aan de financiële steun van nationale sleutel Research & Development Program van het ministerie van wetenschap en technologie van China (2016YFB0600305), National Natural Science Foundation of China (nrs. 21573031 en 21373038), programma voor uitstekende talenten in Dalian stad (2016RD09) en technologische en hoger onderwijs Instituut van Hong Kong (THEi SG1617105 en THEi SG1617127).
Materials
| 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 |
Referencias
- Zhou, Y., Yang, M., Sun, K., Tang, Z., Kotov, N. A. Similar topological origin of chiral centers in organic and nanoscale inorganic structures: effect of stabilizer chirality on optical isomerism and growth of CdTe nanocrystals. J. Am. Chem. Soc. 132 (17), 6006-6013 (2010).
- Zhou, Y., et al. Optical Coupling Between Chiral Biomolecules and Semiconductor Nanoparticles: Size-Dependent Circular Dichroism Absorption. Angew. Chem. Int. Ed. 50, 11456-11459 (2011).
- Li, Z., et al. Reversible plasmonic circular dichroism of Au nanorod and DNA assemblies. J. Am. Chem. Soc. 134 (7), 3322-3325 (2012).
- Zhu, Z., et al. Manipulation of collective optical activity in one-dimensional plasmonic assembly. ACS Nano. 6 (3), 2326-2332 (2012).
- Liu, W., et al. Gold nanorod@chiral mesoporous silica core-shell nanoparticles with unique optical properties. J. Am. Chem. Soc. 135 (26), 9659-9664 (2013).
- Han, B., Zhu, Z., Li, Z., Zhang, W., Tang, Z. Conformation Modulated Optical Activity Enhancement in Chiral Cysteine and Au Nanorod Assemblies. J. Am. Chem. Soc. 136, 16104-16107 (2014).
- Rao, C. N. R., Gopalakrishnan, J. . New Directions in Solid State Chemistry. , (1989).
- Zhu, H., Rosenfeld, D. C., Anjum, D. H., Caps, V., Basset, J. -. M. Green Synthesis of Ni-Nb Oxide Catalysts for Low-Temperature Oxidative Dehydrogenation of Ethane. ChemSusChem. 8, 1254-1263 (2015).
- Heracleous, E., Lemonidou, A. A. Ni-Nb-O Mixed Oxides as Highly Active and Selective Catalysts for Ethene Production via Ethane Oxidative Dehydrogenation. Part I: Characterization and Catalytic Performance. J. Cat. 237, 162-174 (2006).
- Savova, B., Loridant, S., Filkova, D., Millet, J. M. M. Ni-Nb-O Catalysts for Ethane Oxidative Dehygenation. Appl. Catal. A. 390 (1-2), 148-157 (2010).
- Heracleous, E., Delimitis, A., Nalbandian, L., Lemonidou, A. A. HRTEM Characterization of the Nanostructural Features formed in Highly Active Ni-Nb-O Catalysts for Ethane ODH. Appl. Catal. A. 325 (2), 220-226 (2007).
- Skoufa, Z., Heracleous, E., Lemonidou, A. A. Unraveling the Contribution of Structural Phases in Ni-Nb-O mixed oxides in Ethane Oxidative Dehydrogenation. Catal. Today. 192 (1), 169-176 (2012).
- Heracleous, E., Lemonidou, A. A. Ni-Me-O Mixed Metal Oxides for the Effective Oxidative Dehydrogenation of Ethane to Ethylene – Effect of Promoting Metal Me. J. Cat. 270, 67-75 (2010).
- Zhu, H., et al. Nb Effect in the Nickel Oxide-Catalyzed Low-Temperature Oxidative Dehydrogenation of Ethane. J. Cat. 285, 292-303 (2012).
- Sadovskaya, E. M., et al. Mixed Spinel-type Ni-Co-Mn Oxides: Synthesis, Structure and Catalytic Properties. Catal. Sustain. Energy. 3, 25-31 (2016).
- Alvarez, J., et al. Ni-Nb-Based Mixed Oxides Precursors for the Dry Reforming of Methane. Top. Catal. 54, 170-178 (2011).
- Jin, S., Guan, W., Tsang, C. -. W., Yan, D. Y. S., Chan, C. -. Y., Liang, C. Enhanced hydroconversion of lignin-derived oxygen-containing compounds over bulk nickel catalysts though Nb2O5 modification. Catal. Lett. 147, 2215-2224 (2017).
- Taghavinezhad, P., Haghighi, M., Alizadeh, R. CO2/O2-oxidative dehydrogenation of ethane to ethylene over highly dispersed vanadium oxide on MgO-promoted sulfated-zirconia nanocatalyst: Effect of sulfation on catalytic properties and performance. Korean J. Chem. Eng. 34 (5), 1346-1357 (2017).
- Muralidharan, G., Subramanian, L., Nallamuthu, S. K., Santhanam, V., Kumar, S. Effect of Reagent Addition Rate and Temperature on Synthesis of Gold Nanoparticles in Microemulsion Route. Ind. Eng. Chem. Res. 50 (14), 8786-8791 (2011).
- Sosa, Y. D., Rabelero, M., Treviño, M. E., Saade, H., López, R. G. High-Yield Synthesis of Silver Nanoparticles by Precipitation in a High-Aqueous Phase Content Reverse Microemulsion. J. Nanomater. , 1-6 (2010).
- Morterra, C., Cerrato, G., Pinna, F. Infrared spectroscopic study of surface species and of CO adsorption: a probe for the surface characterization of sulfated zirconia catalysts. Spectrochim. Acta. A Molecul. Biomolecul. Spectrosc. 55, 95-107 (1998).
- Yang, F., Wang, Q., Yan, J., Fang, J., Zhao, J., Shen, W. Preparation of High Pore Volume Pseudoboehmite Doped with Transition Metal Ions through Direct Precipitation Method. Ind. Eng. Chem. Res. 51 (47), 15386-15392 (2012).
- Saleh, R., Djaja, N. F. Transition-metal-doped ZnO nanoparticles: Synthesis, characterization and photocatalytic activity under UV light. Spectrochim. Acta. A Molecul. Biomolecul. Spectrosc. 130, 581-590 (2014).
- Ertis, I. F., Boz, I. Synthesis and Characterization of Metal-Doped (Ni, Co, Ce, Sb) CdS Catalysts and Their Use in Methylene Blue Degradation under Visible Light Irradiation. Modern Research in Catalysis. 6, 1-14 (2017).
- Jin, S., et al. Cleavage of Lignin-Derived 4-O-5 Aryl Ethers over Nickel Nanoparticles Supported on Niobic Acid-Activated Carbon Composites. Ind. Eng. Chem. Res. 54 (8), 2302-2310 (2015).
- Rojas, E., Delgado, J. J., Guerrero-Pérez, M. O., Bañares, M. A. Performance of NiO and Ni-Nb- O Active Phases during the Ethane Ammoxidation into Acetonitrile. Catal. Sci. Technol. 3 (12), 3173-3182 (2013).
- Lee, S. -. H., et al. Raman Spectroscopic Studies of Ni-W Oxide Thin Films. Solid State Ionics. 140 (1), 135-139 (2001).
- Mondal, A., Mukherjee, D., Adhikary, B., Ahmed, M. A. Cobalt nanoparticles as recyclable catalyst for aerobic oxidation of alcohols in liquid phase. J. Nanopart. Res. 18 (5), 1-12 (2016).
- Wang, K., Yang, L., Zhao, W., Cao, L., Sun, Z., Zhang, F. A facile synthesis of copper nanoparticles supported on an ordered mesoporous polymer as an efficient and stable catalyst for solvent-free sonogashira coupling Reactions. Green Chem. 19, 1949-1957 (2017).
- Song, Y., et al. High-Selectivity Electrochemical Conversion of CO2 to Ethanol using a Copper Nanoparticle/N-Doped Graphene Electrode. Chemistry Select. 1, 6055-6061 (2016).
