שיטת משקעים כימיים לסינתזה של Nb2O5 ששינה בצובר זרזים ניקל עם סגולי גבוה
Summary
פרוטוקול לסינתזה של ני כמו ספוג, לקפל כמו1-xNb חלקיקיxO על ידי משקעים כימיים מוצג.
Abstract
נדגים שיטה לסינתזה של ניx1-xO זרזים Nb עם nanostructures כמו ספוג, כמו קיפול. על ידי שינוי היחס Nb:Ni, סדרה של ניxNb חלקיקים1-xO עם יצירות אטומי שונה (x = 0.03, 0.08, 0.15 ו- 0.20) הוכנו על ידי משקעים כימיים. אלה מזרזים1-xO ני Nbxמאופיינים על ידי קרני רנטגן, רנטגן photoelectron ספקטרוסקופיה, ואלקטרון סריקה. המחקר גילה את המראה כמו ספוג, כמו קיפול של ני0.97Nb0.03O ואת ני0.92Nb0.08O על השטח האלוהות, ועל פני השטח גדול יותר של אלה מזרזים1-xO Nbxני, לעומת הנפח האלוהות. ניתן להשיג את מרבית השטח של 173 מ’2/g עבור ני0.92Nb0.08O זרזים. בנוסף, hydroconversion קטליטי של ליגנין-derived תרכובות באמצעות את מסונתז ני0.92Nb0.08O זרזים נחקרו.
Introduction
הכנת nanocomposites קיבלה תשומת לב גדלה והולכת בשל יישום מכריע שלהם בשדה שונים. כדי להכין חלקיקי תחמוצת Ni-Nb-או מעורבב, פותחו שיטות שונות6 1,2,3,4,5,כגון שיטת ערבול יבש,7, שיטת אידוי 8 ,9,10,11,12,13 סול ג’ל שיטה, שיטה פירוק תרמי14 ,15 ו auto-בעירה. 16 ב שיטת אידוי טיפוסי9, פתרונות מימית המכילה את הכמות המתאימה של מבשרי מתכת, ניקל חנקת hexahydrate, אמוניום ניאוביום אוקסלט היו מחומם ב- 70 מעלות צלזיוס. לאחר הסרת הממס, ייבוש נוסף, calcination, תחמוצת מעורב הושג. אלה מזרזים תחמוצת להפגין פעילות קטליטית מעולה, סלקטיביות לעבר דהידרוגנציה חמצוני (ODH) של אתאן, במה שקשור אלקטרונית ומבניים התארגנות מחודשת המושרה על ידי שילוב של קטיונים ניאוביום בסריג האלוהות . 11 החדרת Nb פוחתת באופן דרסטי של מינים חמצן electrophilic, אשר יהיה אחראי לתגובות חמצון של אתאן12. כתוצאה מכך, הרחבות של שיטה זו נעשו על הכנת סוגים שונים של תחמוצות Ni-לי-או מעורבת, שבה לי = Li, Mg, Al, Ga, Ti ו- Ta. 13 הוא נמצא כי הווריאציות של מתכת dopants יכולים לשנות את unselective ואת electrophilic רדיקלים של האלוהות, וכך באופן שיטתי לכוון את פעילות ODH, סלקטיביות לעבר אתאן. עם זאת, בדרך כלל פני השטח של תחמוצות אלה הוא יחסית קטן (< 100 מ'2/g), עקב ההפרדה בשלב מתקדם היווצרות גדול Nb2O5 וגידולו, ו ובכך הקשו שלהם שימושים אחרים קטליטי יישומים.
יבש ערבוב שיטה, המכונה גם השיטה שחיקה של מצב מוצק הוא נפוץ בשיטה אחרת כדי להכין את זרזים מעורב-תחמוצת. מאז החומרים קטליטי מתקבלים בצורה נטולת הממס, שיטה זו מספקת אלטרנטיבה ירוקה ובת קיימא מבטיח כדי הכנת מעורב-תחמוצת. פני השטח הגבוה ביותר שהושג על ידי שיטה זו היא 172 מ’ /g2ני80Nb20 calcination בטמפרטורה של 250 מעלות צלזיוס. 8 . אולם, solid-state שיטה זו היא לא אמינה כמו המגיבים לא מעורבבים טוב על המשקל האטומי. לכן, עבור שליטה טובה יותר של הומוגניות כימי, פילוג גודל החלקיקים ספציפיים, מורפולוגיה, שיטות אחרות מתאים להכין Ni-Nb-O מעורבות תחמוצת חלקיקים הם עדיין מחפשים. 7
בין אסטרטגיות שונות בפיתוח של חלקיקים, משקעים כימיים משמש באחת השיטות מבטיח לפתח את nanocatalysts, שכן הוא מאפשר את המשקעים מלאה של היונים מתכת. בנוסף, חלקיקי של פני שטחים גבוה יותר מוכנים בדרך כלל באמצעות שיטה זו. כדי לשפר את המאפיינים קטליטי של חלקיקים Ni-Nb-O, בזאת מדווחים הפרוטוקול לסינתזה של סדרה של זרזים תחמוצת Ni-Nb-O מעורבב עם שטח גבוהה בשיטה משקעים כימיים. להדגים כי היחס טוחנת Nb:Ni הוא גורם מכריע בקביעת את פעילות קטליטית אוקסידים לעבר hydrodeoxygenation של ליגנין-derived תרכובות אורגניות. עם יחס גבוה Nb:Ni מעל 0.087, לא פעיל NiNb2O6 מינים נוצרו. ני0.92Nb0.08O, אשר היה שטח הגדול (173 מ’2/g), המוצגים nanosheets לקפל כמו מבנים והראו את הפעילות הטובה ביותר ואת סלקטיביות לעבר hydrodeoxygenation של anisole כדי ציקלוהקסאן.
Protocol
Representative Results
Discussion
באחת השיטות נפוצות כדי להכין על חלקיקים תחמוצת ניקל-מסטול בצובר ניאוביום היא שיטת אידוי רוטרי. 9 על ידי העסקת בתנאי לחץ וטמפרטורה שונים במהלך התהליך של אידוי סיבוביים, משקעים Ni-Nb-O חלקיקים המסחר עם הסרת איטי של הממס. לעומת שיטת אידוי סיבוביים, השיטה משקעים כימיים דיווחו במחקר ז?…
Divulgations
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
אנו בתודה להכיר את התמיכה הכספית שסופקו על-ידי המחקר מפתח הלאומי & תוכנית הפיתוח של משרד המדע והטכנולוגיה של סין (2016YFB0600305), הלאומי מדעי הטבע קרן של סין (‘ קט ‘ 21573031 ו- 21373038), תוכנית עבור כשרונות מעולה בדאליאן העיר (2016RD09), חינוך טכנולוגי ומעלה המכון של הונג קונג (לוחיות הרישוי SG1617105 ו- SG1617127 לוחיות הרישוי).
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 |
References
- 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).
