Sintesi e prestazioni catalitica dell'oro intercalata nelle Mura di mesoporosi silice
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
Come promettendo reattore nano cataliticamente attivo, nanoparticelle d'oro intercalate in silice mesoporosa (GMS) sono stati sintetizzati con successo e le proprietà dei materiali sono stati studiati. Abbiamo utilizzato un approccio sol-gel una pentola a intercalare nano particelle d'oro nelle pareti di silice mesoporosa. Per iniziare con la sintesi, P123 è stato utilizzato come modello per formare micelle. Poi TESPTS è stato usato come agente modifica superficiale intercalare nano particelle d'oro. A seguito di questo processo, TEOS stato aggiunto come una fonte di silice che ha subito un processo di polimerizzazione in ambiente acido. Dopo trattamento idrotermale e calcinazione, il prodotto finale è stato acquisito. Diverse tecniche sono stati utilizzati per caratterizzare la porosità, la morfologia e la struttura del oro intercalato silice mesoporosa. I risultati hanno mostrato una struttura stabile della silice mesoporosa dopo l'oro intercalazione. Attraverso l'ossidazione di alcool benzilico come reazione di riferimento, i materiali GMS mostrato alta Selectività e la riciclabilità.
Introduction
Come una tecnologia emergente che ha un grande potenziale nelle applicazioni di catalisi, materiali su scala nanometrica hanno ricevuto l'interesse intensa attività di ricerca negli ultimi decenni. Tra i catalizzatori nanoscala segnalati, catalizzatori di metalli nobili, come Au, Ag, Pd e Pt hanno attirato l'attenzione in tutto il mondo 1-3. Seleziona reazioni catalitiche includono l'ossidazione dei ricercatori di monossido di carbonio su Au, Heck reazione catalizzatori Pd, e la scissione dell'acqua con Pt. Nonostante il potenziale catalitico promettente, oro nanoscala è limitata nella sua applicazione a causa della disattivazione di avvelenamento, coking, degradazione termica, e sinterizzazione. E 'stato riportato che l'oro, come rappresentante per metalli nobili, ha l'alta selettività ed è meno soggetto a lisciviazione metallo, over-ossidazione, e di auto-avvelenamento 4. Tuttavia, la prestazione catalitica di oro dipende fortemente dalla granulometria. Haruta et al. Ha riportato il rapporto tra prestazioni catalitiche e andarediametro grappolo ld, dimostrando la più alta attività di catalizzatori oro con granulometria ~ 2.7 nm 5.
La dimensione delle particelle di metalli nobili può essere controllato dal metodo di preparazione 6-9; Tuttavia, il principale ostacolo verso un'ampia applicazione rimane aggregazione e perdita di attività. Per risolvere il problema di sinterizzazione, un metodo comune è quella di immobilizzare nanoparticelle su un materiale di supporto. Vari materiali di supporto sono state applicate compresa la silice porosa 10-11, ossidi metallici semiconduttori 12-13, polimeri 14, grafene 15 e nanotubi di carbonio 16. Tra i materiali impiegati, silice porosa è un materiale attraente come un supporto perché è solo leggermente acido, relativamente inerte, termicamente e chimicamente stabile, e può essere preparata con molto ben definito meso / microporosità. La struttura porosa fornisce un buon supporto per particelle di metallo, ma conferisce anche accesso dimensione substrato selettivoi catalizzatori metallici. Questa selettività è particolarmente promettente per la tunability associato con questi materiali porosi. Spesso, particelle d'oro si trovano ad essere estremamente mobile su superfici silice 17-18 e facilmente formare molto grandi (50+ nm) particelle reattivi quando esposto a temperature elevate, rendendo così difficile preparare nanoparticelle di oro su silice 19. Mukherjee et al. Segnalato l'immobilizzazione di nanoparticelle d'oro monodisperse su mesoporosi silice MCM-41 da 3 amminopropil-trimetossisilano e 3-mercaptopropil-trietossisilano, e le nanoparticelle d'oro supportati sono risultati essere molto attivo per reazioni di idrogenazione e stata trovata nessuna lisciviazione dell'oro nella reazione 20.
A seguito della relazione di modifica della superficie della silice mesoporosa, abbiamo riportato un metodo per preparare oro intercalati nella parete della silice mesoporosa (GMS). Inoltre, l'approccio di silice mesoporosa supportato offre un ap scalabileproccio potenzialmente modificare autonomamente il catalizzatore e l'ambiente poroso. Dal momento che i processi catalitici sono di vitale importanza economica, i benefici potrebbero essere di vasta portata. La capacità di sviluppare catalizzatori "verdi" avrebbe un profondo impatto positivo sull'ambiente e migliorare la fattibilità e l'efficienza delle risorse economiche di importanti processi industriali.
Protocol
Representative Results
Discussion
Nel protocollo di sintesi, l'attenzione alla concentrazione di tensioattivo, pH della soluzione di reazione e la temperatura è fondamentale per la formazione di successo di GMS. I passaggi critici sono 1.2, 1.3, 1.4 e 1.6. I suddetti parametri controllano il parametro imballaggio critica e la fase di micelle formate da tensioattivo. La fase e la morfologia del micelle determina lo stato finale della matrice di silice, che funge da quadro per GMS. Altrettanto importante nel processo di formazione è la sequenza e il…
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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