संश्लेषण और mesoporous सिलिका की दीवारों में गोल्ड Intercalated का उत्प्रेरक प्रदर्शन
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
एक आशाजनक catalytically सक्रिय नैनो रिएक्टर के रूप में, mesoporous सिलिका (जीएमएस) में intercalated सोने के नैनोकणों सफलतापूर्वक संश्लेषित किया गया और सामग्री के गुणों की जांच की गई। हम mesoporous सिलिका की दीवारों में सोने के नैनो कणों intercalate के लिए एक एक बर्तन प-जेल दृष्टिकोण का इस्तेमाल किया। संश्लेषण के साथ शुरू करने के लिए, P123 मिसेलस फार्म करने के लिए टेम्पलेट के रूप में इस्तेमाल किया गया था। तब TESPTS सोने के नैनो कणों intercalate करने के लिए एक सतह संशोधन एजेंट के रूप में इस्तेमाल किया गया था। इस प्रक्रिया के बाद, TEOS एसिड वातावरण में एक polymerization की प्रक्रिया से गुजरना पड़ा है, जो एक सिलिका स्रोत के रूप में जोड़ा गया है। जलतापीय प्रसंस्करण और पकाना के बाद, अंतिम उत्पाद का अधिग्रहण किया था। कई तकनीकों सोने intercalated mesoporous सिलिका के porosity, आकृति विज्ञान और संरचना चिह्नित करने के लिए उपयोग किया गया। परिणामों सोने मध्यनिवेश के बाद mesoporous सिलिका की एक स्थिर संरचना दिखाया। एक बेंचमार्क प्रतिक्रिया के रूप में बेंजाइल अल्कोहल के ऑक्सीकरण के माध्यम से, जीएमएस सामग्री उच्च selec से पता चलाtivity और recyclability।
Introduction
कटैलिसीस अनुप्रयोगों में काफी क्षमता है कि एक उभरती हुई प्रौद्योगिकी के रूप में, nanoscale सामग्री पिछले दशकों में गहन अनुसंधान ब्याज प्राप्त हुआ है। Nanoscale में उत्प्रेरक की सूचना के बीच, ऐसी Au, एजी, पीडी और पंडित के रूप में महान धातु उत्प्रेरक दुनिया भर में व्यापक ध्यान 1-3 आकर्षित किया है। चुनें प्रतिक्रियाओं उत्प्रेरक एयू पर पीटी के साथ, बिल्ली पी.डी. उत्प्रेरक पर प्रतिक्रिया है, और पानी के बंटवारे कार्बन मोनोआक्साइड शोधकर्ताओं के ऑक्सीकरण शामिल हैं। होनहार उत्प्रेरक क्षमता के बावजूद, nanoscale के सोने के कारण विषाक्तता, कोकिंग, थर्मल गिरावट, और sintering से क्रियाशीलता छोड़ना को इसके लागू में सीमित है। यह महान धातुओं के लिए एक प्रतिनिधि के रूप में, उच्च चयनात्मकता है और कम धातु लीचिंग होने का खतरा है, पर ऑक्सीकरण, और 4 स्वयं जहर है, कि सोने की सूचना दी गई है। हालांकि, सोने का उत्प्रेरक प्रदर्शन जोरदार कण आकार पर निर्भर करता है। Haruta एट अल। उत्प्रेरक प्रदर्शन और जाने के बीच के रिश्ते को सूचित किया गया हैएलडी क्लस्टर व्यास, कण आकार 2.7 एनएम 5 ~ के साथ सोने के लिए उत्प्रेरक का उच्चतम गतिविधि का प्रदर्शन है।
महान धातुओं के कण आकार तैयारी विधि 6-9 से नियंत्रित किया जा सकता है; हालांकि, व्यापक आवेदन करने की दिशा में प्रमुख बाधा के एकत्रीकरण और गतिविधि के नुकसान बनी हुई है। Sintering की समस्या को हल करने के लिए, एक आम तरीका एक समर्थन सामग्री पर nanoscale कण स्थिर है। विभिन्न समर्थन सामग्री झरझरा सिलिका 10-11, semiconducting धातु आक्साइड 12-13, पॉलिमर 14, graphene के 15 और कार्बन नैनोट्यूब 16 सहित लागू किया गया है। यह thermally और रासायनिक, स्थिर अपेक्षाकृत निष्क्रिय, केवल हल्का अम्लीय है, और बहुत अच्छी तरह से परिभाषित meso- / सूक्ष्म porosity के साथ तैयार किया जा सकता है क्योंकि प्रयुक्त सामग्री के बीच, झरझरा सिलिका एक सहायता के रूप में एक आकर्षक सामग्री है। झरझरा संरचना धातु के कणों के लिए अच्छा समर्थन प्रदान करता है, लेकिन यह भी करने के लिए आकार चयनात्मक सब्सट्रेट पहुँच प्रदान करता हैधातु उत्प्रेरक। इस चयनात्मकता क्योंकि इन झरझरा सामग्री के साथ जुड़े tunability की विशेष रूप से वादा किया है। अक्सर, सोने के कणों इस प्रकार यह मुश्किल सिलिका 19 पर सोने के नैनोकणों तैयार करने के लिए कर रही है, सिलिका सतहों 17-18 पर अत्यंत मोबाइल हो सकता है और आसानी से उच्च तापमान के संपर्क में जब बहुत बड़े (50 + एनएम) unreactive कणों के लिए फार्म पाए जाते हैं। मुखर्जी एट अल। 3-aminopropyl-trimethoxysilane और 3-mercaptopropyl-triethoxysilane, और समर्थित सोने के नैनोकणों से mesoporous सिलिका एमसीएम-41 पर monodispersed सोने के नैनोकणों की सूचना दी स्थिरीकरण हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाओं के लिए अत्यधिक सक्रिय होना पाया गया है और सोने का कोई लीचिंग पाया गया था प्रतिक्रिया 20 में।
Mesoporous सिलिका की सतह संशोधन की रिपोर्ट के बाद, हम एक सोने की तैयारी के लिए विधि mesoporous सिलिका (जीएमएस) की दीवार में intercalated की सूचना दी। इसके अतिरिक्त, mesoporous सिलिका समर्थित दृष्टिकोण एक स्केलेबल एपी प्रदान करता हैकरने के लिए proach संभावित स्वतंत्र रूप से उत्प्रेरक और झरझरा वातावरण को बदल। उत्प्रेरक प्रक्रियाओं महत्वपूर्ण आर्थिक महत्व के हैं के बाद से, लाभ दूरगामी हो सकता है। विकसित करने की क्षमता "हरी" उत्प्रेरक पर्यावरण पर एक गहरा सकारात्मक प्रभाव पड़ता है और महत्वपूर्ण औद्योगिक प्रक्रियाओं की आर्थिक व्यवहार्यता और संसाधन क्षमता में सुधार होगा।
Protocol
Representative Results
Discussion
संश्लेषण प्रोटोकॉल के भीतर, पृष्ठसक्रियाकारक एकाग्रता, समाधान और प्रतिक्रिया तापमान का पीएच को ध्यान जीएमएस के सफल गठन के लिए महत्वपूर्ण है। महत्वपूर्ण कदम 1.2, 1.3, 1.4 और 1.6 रहे हैं। जैसा कि ऊपर उल्लेख मापद…
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).
