Synthèse et performance catalytique de l'or intercalé dans les murs de silice mésoporeuse
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
En tant que réacteur de nano promettant catalytiquement actif, des nanoparticules d'or intercalés en silice mésoporeuse (GMS) ont été synthétisés avec succès et les propriétés des matériaux ont été étudiés. Nous avons utilisé une approche sol-gel d'un pot d'intercaler des nano particules d'or dans les murs de silice mésoporeuse. Pour commencer la synthèse, P123 a été utilisé comme matrice pour former des micelles. Puis TESPTS a été utilisé comme agent de modification de surface pour intercaler des nanoparticules d'or. À la suite de ce processus, on a ajouté en TEOS en tant que source de silice qui a subi un procédé de polymérisation en milieu acide. Après le traitement hydrothermique et calcination, le produit final a été acquise. Plusieurs techniques ont été utilisées pour caractériser la porosité, de la morphologie et de la structure de la silice mésoporeuse intercalé d'or. Les résultats ont montré une structure stable de silice mésoporeuse, après intercalation d'or. Grâce à l'oxydation de l'alcool benzylique comme une réaction de référence, les matériaux de la GMS ont montré haute selectivité et la recyclabilité.
Introduction
Comme une technologie émergente qui a un grand potentiel dans les applications de catalyse, matériaux nanométriques ont suscité l'intérêt de recherches intensives dans les dernières décennies. Parmi les catalyseurs à l'échelle nanométrique ont indiqué, les catalyseurs de métaux nobles tels que Au, Ag, Pd et Pt ont attiré l'attention dans le monde entier de 1 à 3. Sélectionner des réactions catalytiques comprennent l'oxydation des chercheurs de monoxyde de carbone sur Au, réaction de Heck sur des catalyseurs de Pd, et décomposition de l'eau avec Pt. En dépit du potentiel prometteur catalytique, de l'or à l'échelle nanométrique est limité dans son application en raison de la désactivation de l'empoisonnement, la cokéfaction, la dégradation thermique, et le frittage. Il a été rapporté que l'or, en tant que représentant pour les métaux nobles, a une haute sélectivité et est moins sujette à la lixiviation des métaux, sur-oxydation, et l'auto-empoisonnement 4. Cependant, la performance catalytique d'or dépend fortement de la taille des particules. Haruta et al. A rapporté la relation entre la performance catalytique et allerdiamètre de la grappe ld, ce qui démontre la plus grande activité des catalyseurs de l'or ayant une taille de particule de 2,7 ~ 5 nm.
La taille des particules de métaux nobles peut être contrôlé par le procédé de préparation 6-9; Cependant, l'obstacle majeur vers une large application reste agrégation et perte d'activité. Pour résoudre le problème de frittage, une méthode courante consiste à immobiliser des particules nanométriques sur un matériau de support. Diverses matières de support ont été appliquées, y compris la silice poreuse 10 à 11, les oxydes métalliques semi-conducteurs 12 à 13, les polymères 14, 15 graphène et des nanotubes de carbone 16. Parmi les matériaux utilisés, la silice poreuse est un matériau intéressant en tant que support, car il est seulement légèrement acide, relativement inerte, thermiquement et chimiquement stable, et peut être préparé avec méso / micro-porosité très bien défini. La structure poreuse offre un bon soutien pour les particules métalliques, mais donne également un accès taille du substrat sélectifles catalyseurs à base de métal. Cette sélectivité est particulièrement prometteuse du fait de l'accordabilité associée à ces matériaux poreux. Souvent, les particules d'or se trouvent à être extrêmement mobile sur des surfaces de silice 17-18 et facilement former de très grandes (50 nm) particules non réactifs lorsqu'ils sont exposés à des températures élevées, ce qui rend difficile de préparer des nanoparticules d'or sur silice 19. Mukherjee et al. Immobilisation déclarés de nanoparticules d'or monodispersés sur mésoporeux silice MCM-41 par le 3-aminopropyl-triméthoxysilane et le 3-mercaptopropyl-triéthoxysilane, et les nanoparticules d'or supportés se sont révélés être très actif pour les réactions d'hydrogénation et non lixiviation de l'or a été trouvé 20 dans la réaction.
Suite au rapport de la modification de surface de silice mésoporeuse, nous avons rapporté une méthode pour préparer l'or intercalé dans la paroi de silice mésoporeuse (GMS). En outre, l'approche silice mésoporeuse soutenue offre une ap évolutiveapproche potentiellement modifier indépendamment le catalyseur et milieu poreux. Depuis procédés catalytiques sont d'une importance économique vitale, les avantages pourraient être considérables. La capacité à développer des catalyseurs "verts" aurait un impact positif considérable sur l'environnement et améliorer la faisabilité et l'efficacité des ressources économiques des processus industriels importants.
Protocol
Representative Results
Discussion
Dans le protocole de synthèse, l'attention de concentration en tensioactif, pH de la solution et la température de réaction est essentielle à la formation réussie de GMS. Les étapes essentielles sont 1,2, 1,3, 1,4 et 1,6. Les paramètres mentionnés ci-dessus contrôlent le paramètre de tassement critique et la phase de micelles formées à partir de tensio-actif. La phase et la morphologie de micelle détermine l'état final de la matrice de silice, qui sert de cadre pour GMS. Il est également important…
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 |
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