التوليف والأداء التحفيزي من الذهب مقحم في جدران Mesoporous السيليكا
Summary
Here, we present a protocol with a sol-gel process to synthesize gold intercalated in the walls of mesoporous materials (GMS), which is confirmed to possess a mesoporous matrix with gold intercalated in the walls imparting great stability and recyclability.
Abstract
باعتبارها واعدة مفاعل نانو ناشطة تحفيزيا، النانوية الذهب مقحم في السيليكا mesoporous (GMS) تم تصنيعه بنجاح وتم التحقيق خصائص المواد. استخدمنا نهج سول-جل وعاء واحد ليقحم جزيئات نانو الذهب في جدران السيليكا mesoporous. لنبدأ مع التوليف، وكان يستخدم P123 كقالب لتشكيل المذيلات. ثم تم استخدام TESPTS كعامل تعديل السطح ليقحم جسيمات نانو الذهب. وبعد هذه العملية، وأضاف TEOS في كمصدر السيليكا الذي خضع لعملية البلمرة في البيئة الحامضية. بعد المعالجة الحرارية المائية والتكليس، تم الحصول على المنتج النهائي. وقد استخدمت العديد من التقنيات لتوصيف المسامية، مورفولوجيا وهيكل الذهب السيليكا mesoporous مقحم. أظهرت النتائج وجود بنية مستقرة من السيليكا mesoporous بعد إقحام الذهب. من خلال أكسدة البنزيل الكحول كرد فعل القياسي، أظهرت المواد GMS SELEC عاليةالناقلية وإعادة التدوير.
Introduction
باعتبارها تقنية واعدة لديها إمكانات كبيرة في تطبيقات الحفز، وتلقى المواد النانوية مصلحة الأبحاث المكثفة في العقود الماضية. من بين المحفزات النانوية ذكرت، وقد اجتذبت المحفزات المعادن النبيلة مثل الاتحاد الافريقي، حج، PD وحزب العمال اهتمام العالم بأسره 1-3. وتشمل تحديد ردود فعل الحفاز أكسدة الباحثين غاز أول أكسيد الكربون في الاتحاد الافريقي، هيك رد فعل على المحفزات بالشلل الرعاش، وتقسيم المياه مع حزب العمال. وعلى الرغم من إمكانية الحفازة واعدة، والذهب النانومترية الحجم محدودة في تطبيقه بسبب التعطيل من التسمم، وفحم الكوك، وتدهور الحرارية، وتلبد. وقد أفيد أن الذهب، باعتباره ممثلا للمعادن نبيلة، لديها انتقائية عالية وأقل عرضة للتسرب المعادن، والإفراط في أكسدة، وتقرير المصير، تسمم 4. ومع ذلك، فإن الأداء التحفيزي من الذهب تعتمد بقوة على حجم الجسيمات. Haruta وآخرون. وذكرت والعلاقة بين الأداء التحفيزي والذهابقطر العنقودية دينار، مما يدل على أعلى نشاط المواد الحفازة الذهب مع حجم الجسيمات ~ 2،7 نانومتر 5.
حجم الجسيمات من المعادن النبيلة يمكن أن يسيطر عليها طريقة التحضير 6-9. ومع ذلك، فإن عقبة رئيسية نحو تطبيق واسع النطاق لا يزال التجميع وفقدان النشاط. لحل مشكلة تلبد، وهي طريقة شائعة للشل حركة الجسيمات النانوية على الدعم المادي. وقد تم تطبيق مواد الدعم المختلفة بما في ذلك السيليكا التي يسهل اختراقها 10-11، أكاسيد المعادن شبه الموصلة 12-13، والبوليمرات 14، 15 الجرافين والأنابيب النانوية الكربونية 16. من بين المواد المستخدمة، والسليكا التي يسهل اختراقها هو مادة جذابة كدعم لأنها ليست سوى الحمضية أقل ما يقال، خاملة نسبيا، حراريا وكيميائيا مستقرة، ويمكن أن تكون على استعداد مع محددة جيدا جدا meso- / الدقيقة المسامية. يوفر بنية مسامية دعما جيدا للجسيمات المعادن ولكن أيضا يضفي صول حجم الركيزة انتقائية لالمحفزات المعدنية. هذه الانتقائية واعدة بشكل خاص بسبب tunability المرتبطة بهذه المواد التي يسهل اختراقها. في كثير من الأحيان، تم العثور على جزيئات الذهب لتكون متنقلة للغاية على السطوح السيليكا 17-18 وبسهولة تشكيل كبيرة جدا (50+ نانومتر) الجسيمات خامل عند تعرضها لدرجات حرارة عالية، مما يجعل من الصعب للتحضير جزيئات الذهب على السيليكا 19. تم العثور على موخرجي وآخرون تجميد المبلغ عنها جزيئات الذهب monodispersed على mesoporous السيليكا MCM-41 بنسبة 3-أمينو-trimethoxysilane و3-mercaptopropyl-triethoxysilane، وجزيئات الذهب معتمدة لتكون نشطة للغاية لتفاعلات الهدرجة ووجد أي نض من الذهب في رد فعل 20.
في أعقاب تقرير تعديل سطح السيليكا mesoporous، أبلغنا طريقة لتحضير الذهب مقحم في جدار السيليكا mesoporous (GMS). بالإضافة إلى ذلك، نهج السيليكا mesoporous بدعم يقدم ا ف ب تحجيماملنهجية من المحتمل أن تكون يغير بشكل مستقل المحفز والبيئة التي يسهل اختراقها. منذ العمليات الحفزية ذات الأهمية الاقتصادية الحيوية، فإن الفوائد قد تكون بعيدة. القدرة على تطوير شأنه أن المحفزات "الخضراء" سيكون له أثر إيجابي عميق على البيئة وتحسين جدوى وكفاءة استخدام الموارد الاقتصادية للعمليات الصناعية الهامة.
Protocol
Representative Results
Discussion
ضمن بروتوكول التوليف، والانتباه إلى تركيز بالسطح، ودرجة الحموضة من الحل ورد فعل درجة الحرارة أمر بالغ الأهمية لتشكيل الناجح لGMS. الخطوات الحاسمة هي 1.2، 1.3، 1.4 و 1.6. المعلمات المذكورة أعلاه تتحكم المعلمة التعبئة حرجة ومرحلة المذيلات تشكلت من بالسطح. مرحلة ومورفولوجية م…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
The authors acknowledge National Science Foundation grant CHE- 1214068 for supporting this research project.
Materials
| poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol) | Aldrich | 435465-250ML | |
| tetraethoxysilane | TCI | 201-083-8 | |
| bis[3-(triethoxysilyl)propyl]-tetrasulfide | GELEST | SIB1825.0-100GM | |
| chloroauric acid | Aldrich | 520918-1G | |
| benzyl alcohol | Sigma-Aldrich | 305197-1L | |
| nitrogen physisorption | Micromeritics | Tristar II | |
| X-ray diffraction | Philips | X'Pert Pro | |
| transmission electron microscopy | Philips | CM200 | |
| gas chromatography | Shimadzu | GC-2010 |
Riferimenti
- Liguras, D. K., Kondarides, D. I., Verykios, X. E. Production of hydrogen for fuel cells by steam reforming of ethanol over supported noble metal catalysts. Appl. Catal. B-Environ. 43 (4), 345-354 (2003).
- Gelin, P., Primet, M. Complete oxidation of methane at low temperature over noble metal based catalysts: a review. Appl. Catal. B-Environ. 39 (1), 1-37 (2002).
- Lu, S. F., Pan, J., Huang, A. B., Zhuang, L., Lu, J. T. Alkaline polymer electrolyte fuel cells completely free from noble metal catalysts. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105 (52), 20611-20614 (2008).
- Ma, C. Y., et al. Catalytic oxidation of benzyl alcohol on Au or Au–Pd nanoparticles confined in mesoporous silica. Applied Catalysis B: Environmental. 92 (1-2), 202-208 (2009).
- Bamwenda, G. R., Tsubota, S., Nakamura, T., Haruta, M. The influence of the preparation methods on the catalytic activity of platinum and gold supported on TiO2 for CO oxidation. Catalysis Letters. 44 (1-2), 83-87 (1997).
- Brown, K. R., Walter, D. G., Natan, M. J. Seeding of colloidal Au nanoparticle solutions. 2. Improved control of particle size. 12 (2), 306-313 (2000).
- Niesz, K., Grass, M., Somorjai, G. A. Precise control of the Pt nanoparticle size by seeded growth using EO13PO30EO13 triblock copolymers as protective agents. Nano Lett. 5 (11), 2238-2240 (2005).
- Yuranov, I., et al. Pd/SiO2 catalysts: synthesis of Pd nanoparticles with the controlled size in mesoporous silicas. J. Mol. Catal. A-Chem. 192, 1-2 (2003).
- Brinas, R. P., Hu, M. H., Qian, L. P., Lymar, E. S., Hainfeld, J. F. Gold nanoparticle size controlled by polymeric Au(I) thiolate precursor size. J. Am. Chem. Soc. 130 (3), 975-982 (2008).
- Zhu, H. G., Liang, C. D., Yan, W. F., Overbury, S. H., Dai, S. Preparation of highly active silica-supported Au catalysts for CO oxidation by a solution-based technique. J. Phys. Chem. B. 110 (22), 10842-10848 (2006).
- Gabaldon, J. P., Bore, M., Datye, A. K. Mesoporous silica supports for improved thermal stability in supported Au catalysts. Top. Catal. 44 (1-2), 253-262 (2007).
- Li, F. B., Li, X. Z. The enhancement of photodegradation efficiency using Pt-TiO2 catalyst. Chemosphere. 48 (10), 1103-1111 (2002).
- Sakthivel, S., et al. Enhancement of photocatalytic activity by metal deposition: characterisation and photonic efficiency of Pt, Au and Pd deposited on TiO2 catalyst. Water Res. 38 (13), 3001-3008 (2004).
- Jia, C. G., Wang, Y. P., Feng, H. Y. Preparation and Catalytic Properties Of Polymer-Supported Fe-Co-Cu And Fe-Co-Au Pentametallic Clusters. React. Polym. 18 (3), 203-211 (1992).
- Yu, X. Q., et al. Reduced graphene oxide supported Au nanoparticles as an efficient catalyst for aerobic oxidation of benzyl alcohol. Appl. Surf. Sci. 280, 450-455 (2013).
- Xu, Y. Y., et al. Au@Pt core-shell nanoparticles supported on multiwalled carbon nanotubes for methanol oxidation. Catal. Commun. 13 (1), 54-58 (2011).
- Baker, C. O., et al. Size Control of Gold Nanoparticles Grown on Polyaniline Nanofibers for Bistable Memory Devices. ACS Nano. 5 (5), 3469-3474 (2011).
- Wei, G. -. T., Yang, Z., Lee, C. Y., Yang, H. Y., Wang, C. R. Aqueous−Organic Phase Transfer of Gold Nanoparticles and Gold Nanorods Using an Ionic Liquid. J. Am. Chem. Soc. 126 (16), 5036-5037 (2004).
- Gadenne, B., Hesemann, P., Moreau, J. E. Supported ionic liquids: ordered mesoporous silicas containing covalently linked ionic species. Chemical Communications. 15, 1768-1769 (2004).
- Yang, J. H., et al. Understanding preparation variables in the synthesis of Au/Al2O3 using EXAFS and electron microscopy. Applied Catalysis A: General. 291 (1-2), 73-84 (2005).
- Chen, L. F., et al. Intercalation of aggregation-free and well-dispersed gold nanoparticles into the walls of mesoporous silica as a robust ‘green’ catalyst for n-alkane oxidation. Journal of the American Chemical Society. 131, 914-915 (2009).
- Wang, X., et al. Nanoscale gold intercalated into mesoporous silica as a highly active and robust catalyst. Nanotechnology. 23, 294010-294018 (2012).
- Chen, L. F., et al. Controlled synthesis of nanoscale icosahedral gold particles at room temperature. Chemcatchem. 4, 1662-1667 (2012).
