סינתזה וביצועי קטליטי של הזהב intercalated בחומות של mesoporous סיליקה
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
ככור ננו catalytically פעיל מבטיח, חלקיקי זהב intercalated בסיליקה mesoporous (GMS) היו מסונתזים בהצלחה ומאפיינים של החומרים נחקרו. השתמשנו בגישה של סול-ג'ל סיר אחד לintercalate חלקיקי ננו זהב בקירות של סיליקה mesoporous. כדי להתחיל עם הסינתזה, P123 שימש כתבנית ליצירת מיצלות. אז TESPTS שימש כסוכן שינוי פני השטח לintercalate חלקיקי ננו זהב. בעקבות תהליך זה, TEOS נוספה כבמקור סיליקה שעבר תהליך פילמור בסביבת חומצה. לאחר עיבוד הידרותרמיות וcalcination, המוצר הסופי נרכש. כמה טכניקות נוצלו כדי לאפיין את נקבוביות, המורפולוגיה ומבנה של סיליקה mesoporous intercalated הזהב. התוצאות הראו מבנה יציב של סיליקה mesoporous לאחר עיבור זהב. באמצעות החמצון של נזיל אלכוהול כתגובת benchmark, חומרי GMS הראו גבוהה אין תמיכה בבחירהtivity ומחזור.
Introduction
כטכנולוגיה מתפתחת שיש פוטנציאל גדול ביישומי קטליזה, חומרים ננומטריים קיבלו ריבית מחקר אינטנסיבית בעשורים האחרונים. בין זרזי ננו דיווחו, זרזי מתכת אצילים כגון Au, Ag, פ"ד ו Pt משכו תשומת לב עולמית 1-3. תגובות קטליטי בחרו לכלול את החמצון של פחמן חד חמצני על חוקרי Au, תגובה לעזאזל על זרזי PD, ופיצול מים עם Pt. למרות הפוטנציאל המבטיח קטליטי, זהב ננו מוגבל בתחולתו בשל שחרור משרות מהרעלה, coking, השפלה תרמית, וsintering. זה כבר דווח כי זהב, כנציג למתכות אצילות, יש סלקטיביות גבוהה והוא נוטה פחות שטיפת מתכת, הרעלה עצמית על-חמצון, ו -4. עם זאת, הביצועים הקטליטית של זהב מאוד תלויים בגודל החלקיקים. אל Haruta et. דיווח הקשר בין ביצועים וללכת קטליטיקוטר LD אשכול, הממחיש את הפעילות הגבוהה ביותר של זרזי זהב עם גודל חלקיקים ~ 2.7 5 ננומטר.
גודל החלקיקים של מתכות אצילות יכול להיות נשלט על ידי שיטת הכנת 6-9; עם זאת, המכשול העיקרי ליישום רחב נשאר צבירה והפסד של פעילות. כדי לפתור את הבעיה של sintering, שיטה נפוצה היא לשתק חלקיקים ננומטריים על חומר תמיכה. חומרי תמיכה שונים יושמו כולל סיליקה הנקבובית 10-11, תחמוצות מתכת מוליכים למחצה 12-13, פולימרים 14, גרפן 15 וצינורות פחמן 16. בין החומרים המשמשים, סיליקה הנקבובית הוא חומר אטרקטיבי כתמיכה כי זה רק במתינות חומצי, אדיש יחסית, תרמית וכימית יציב, ויכול להיות מוכן עם מוגדר היטב מאוד meso- / מיקרו-נקבוביות. המבנה הנקבובי מספק תמיכה טובה לחלקיקי מתכת, אלא גם מקנה גישת מצע סלקטיבי גודל לזרזי המתכת. סלקטיביות זו מבטיחה במיוחד בגלל tunability קשור עם חומרים נקבוביים אלה. לעתים קרובות, חלקיקי זהב נמצאים להיות מאוד נייד על משטחי סיליקה 17-18 וקלות ליצור חלקיקים גדולים מאוד (50 + ננומטר) בלתי-עת חשיפה לטמפרטורות גבוהות, ובכך הופכים אותו קשה להכין חלקיקי זהב על סיליקה 19. Mukherjee et al. חוסר תנועה מדווחת של חלקיקי זהב monodispersed על MCM-41 סיליקה mesoporous על ידי 3-aminopropyl-trimethoxysilane ו 3-mercaptopropyl-triethoxysilane, וחלקיקי זהב הנתמכים נמצא פעיל מאוד לתגובות הידרוגנציה ואין שטיפה של זהב נמצאה בתגובה 20.
בעקבות הדו"ח של שינוי של סיליקה mesoporous משטח, שדיווחנו שיטה להכין זהב intercalated לתוך הקיר של סיליקה mesoporous (GMS). בנוסף, הגישה סיליקה mesoporous נתמכת מציעה AP מדרגיproach לפוטנציאל באופן עצמאי לשנות את הזרז וסביבה נקבובית. מאז תהליכים קטליטיים הם בעלי חשיבות כלכלית חיונית, היתרונות יכולים להיות מרחיקת לכת. היכולת לפתח תהיה זרזים "ירוקים" השפעה חיובית עמוקה על הסביבה ולשפר את יעילות היתכנות ומשאב הכלכלית של תהליכים תעשייתיים חשובים.
Protocol
Representative Results
Discussion
בתוך פרוטוקול הסינתזה, תשומת לב לריכוז חומרים פעילי שטח, pH של טמפרטורת פתרון ותגובה היא קריטית להיווצרות המוצלחת של GMS. השלבים הקריטיים הם 1.2, 1.3, 1.4 ו -1.6. הפרמטרים שהוזכרו לעיל לשלוט פרמטר הקריטי אריזה ושלב של מיצלות נוצרה מחומרים פעילי שטח. השלב והמורפולוגיה של micelle קו?…
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).
