Синтез и каталитические свойства золота интеркалировании в стенах мезопористого кремния
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
В перспективных реактора каталитически активного нано, наночастицы золота интеркалированные в мезопористых кремнезема (GMS) были успешно синтезированы и исследованы свойства материалов. Мы использовали подход золь-гель один горшок интеркалировать золотые наночастицы в стенках мезопористого кремнезема. Для начала синтеза, Р123 использовали в качестве матрицы для образования мицелл. Затем TESPTS был использован в качестве поверхностного модифицирующего агента к интеркаляции золотые наночастицы. После этого процесса, был добавлен ТЭОС в качестве источника оксида кремния, которые подверглись процессу полимеризации в кислой среде. После гидротермической обработки и обжига, конечный продукт был приобретен. Некоторые методы были использованы для характеристики пористости, морфологию и структуру золота интеркалированного мезопористого кремнезема. Результаты показали стабильную структуру мезопористого кремнезема после интеркаляции золота. Через окисления бензилового спирта в качестве реакции бенчмарка, то GMS материалы показали высокую SELECтельность и переработки.
Introduction
Как новая технология, которая имеет большой потенциал в области катализа приложений, наноразмерные материалы прошли интенсивный интерес исследования в последние десятилетия. Среди наномерные катализаторы сообщалось, благородные металлические катализаторы, такие как Au, Ag, Pd и Pt привлекли внимание всего мира 1-3. Выбрать каталитические реакции включают окисление окиси углерода исследователей на Au, Хека реакция на Pd катализаторов и воды расщепление с Pt. Несмотря на перспективном каталитического потенциала, наноразмерных золота ограничено в его применимости в результате дезактивации от отравления, коксование, термический деградации и спекания. Было сообщено, что золото, в качестве представителя благородных металлов, обладает высокой селективностью и менее подвержен выщелачивания металлов, переокисления и самоотравлению 4. Тем не менее, каталитические характеристики золота сильно зависит от размера частиц. Haruta др. Сообщили отношения между каталитической активности и перейтиLD диаметра кластера, демонстрируя высокую активность золотых катализаторов с размером частиц ~ 2,7 нм 5.
Размер частиц благородных металлов можно управлять с помощью способа получения 6-9; Однако, основным препятствием к широкому применению остается агрегации и потере активности. Чтобы решить проблему спекания, общий метод для иммобилизации наноразмерных частиц на материал носителя. Различные вспомогательные материалы были применены в том числе из пористого диоксида кремния 10-11, полупроводниковых оксидов металлов 12-13, полимеров 14, 15 и графена углеродных нанотрубок 16. Среди материалов, используемых, пористый диоксид кремния является привлекательным материалом в качестве носителя, потому что это лишь слегка кислой, относительно инертны, термически и химически стабильными, и могут быть получены с очень хорошо определенной мезо- / микропористости. Пористая структура обеспечивает хорошую поддержку для металлических частиц, но также придает доступ Размер селективного субстрата кметаллические катализаторы. Эта селективность особенно перспективно из-за перестройки частоты, связанные с этими пористых материалов. Часто, частицы золота оказались чрезвычайно мобильны на поверхности кремния 17-18 и легко образуют очень большие (50+ нм) нереакционноспособные частицы при воздействии высоких температур, что делает его трудно, чтобы подготовить наночастиц золота на двуокиси кремния 19. Мукхержи др. Сообщили иммобилизации монодисперсных наночастиц золота на мезопористого оксида кремния МСМ-41 по 3-аминопропил-триметоксисилан и 3-меркаптопропил-триэтоксисиланом и поддерживаемых наночастиц золота оказались очень активным для реакций гидрирования и не было найдено выщелачивание золота в реакции 20.
После доклада модификации поверхности кремния мезопористого, мы сообщили способ получения золота интеркалированный в стену мезопористом кремния (GMS). Кроме того, мезопористый диоксид кремния подход предлагает масштабируемую APгах потенциально независимо изменять катализатор и пористую среду. Так каталитические процессы имеют жизненно важное значение экономического, выгоды могут быть далеко идущие последствия. Способность развивать «зеленые» катализаторы бы глубокое положительное влияние на окружающую среду и улучшить экономическую целесообразность и эффективность ресурсов важных промышленных процессов.
Protocol
Representative Results
Discussion
В протоколе синтеза, внимание к концентрации поверхностно-активного вещества, рН раствора и температуры реакции имеет решающее значение для успешного формирования GMS. Критические шаги 1.2, 1.3, 1.4 и 1.6. Указанные параметры управления критическим параметром упаковки и фазу мицелл, образова…
Disclosures
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 |
References
- 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).
