合成とメソポーラスシリカの壁に金インターカレーの触媒性能
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
有望な触媒活性ナノリアクターとしては、メソポーラスシリカ（GMS）中に挿入金ナノ粒子を首尾よく合成し、材料の特性を調べました。私たちは、メソポーラスシリカの壁に金ナノ粒子をインターカレートするために、1つのポット、ゾル – ゲル法を使用していました。合成を開始するために、P123は、ミセルを形成するための鋳型として使用しました。その後TESPTS金ナノ粒子をインターカレートする表面改質剤として使用しました。この工程に続いて、TEOSは酸性環境で重合プロセスを行ったシリカ源として添加しました。熱水処理、焼成後、最終生成物を得ました。いくつかの技術が金インターカレーメソポーラスシリカの多孔度、形態および構造を特徴づけるために使用されました。結果は、金のインターカレーション後のメソポーラスシリカの安定した構造を示しました。ベンチマーク反応としてベンジルアルコールを酸化して、GMSの材料は、高いセレクを示しtivityやリサイクル。
Introduction
触媒用途において大きな可能性を秘めている新興技術として、ナノスケール材料は、過去数十年間で集中的な研究の関心を受けています。報告されたナノスケールの触媒の中で、例えば、Au、Ag、PdおよびPtのような貴金属触媒は、ワールドワイド1-3注目を集めています。触媒反応を選択したPtとPdを触媒上のAu、ヘック反応、および水分解の一酸化炭素の研究者の酸化が含まれます。有望な触媒の可能性にもかかわらず、ナノスケール金が原因で中毒、コーキング、熱分解、焼結から不活性化への適用に限定されています。それは金、貴金属のための代表として、高い選択性を有することが報告と金属浸出、過酸化、および自己中毒4にくいされています。しかし、金の触媒性能が強く、粒子サイズに依存します。春田らは、触媒性能との関係を報告して行きましたLDクラスター径、粒径2.7nmで5〜に金触媒の最高活性を示します。
貴金属の粒子径は、製造方法6-9により制御することができます。しかし、幅広いアプリケーションへの大きな障害は、凝集および活性の喪失のまま。焼結の問題を解決するために、一般的な方法は、支持体材料上にナノ粒子を固定化することです。様々な担体材料は、ポリマー14、金属酸化物を12〜13を半導体、多孔質シリカ10〜11を含むグラフェン15カーボンナノチューブ16が適用されています。それは、熱的および化学的に安定した比較的不活性な、唯一の弱酸性であり、非常に明確に定義されたメソ/ミクロ多孔度を用いて調製することができるので、使用される材料の中でも、多孔質シリカが支持体として魅力的な材料です。多孔質構造は、金属粒子のための優れたサポートを提供していますが、またのサイズ選択的基質へのアクセスを付与します金属触媒。この選択は、これらの多孔質材料に関連同調性の特に有望です。多くの場合、金粒子は、このように、それが困難なシリカ19に金ナノ粒子を調製すること、シリカの表面17-18上で非常に移動可能であり、容易に高温に曝されたときに、非常に大きな（50+ nm）の非反応性粒子を形成することが見出されています。ムカジーらは、3-アミノプロピルトリメトキシシラン及び3-メルカプトプロピル-トリエトキシシランによりメソポーラスシリカMCM-41上に単分散金ナノ粒子の固定化を報告し、担持された金ナノ粒子を水素化反応に高活性であることが見出され、金のない浸出が認められませんでした反応20で。
メソポーラスシリカの表面改質の報告に続いて、我々は、金を調製するための方法メソポーラスシリカ（GMS）の壁にインターカレートを報告しました。また、メソポーラスシリカ担持アプローチは、スケーラブルなAPを提供しています潜在的に独立して触媒と多孔質環境を変更するローチ。触媒プロセスは、重要な経済的に重要であるので、メリットは広範囲に及ぶ可能性があります。 「グリーン」触媒を開発する能力は、環境に多大なプラスの影響を与える、重要な工業プロセスの経済性とリソース効率を向上させることになります。
Protocol
Representative Results
Discussion
合成プロトコル内では、界面活性剤濃度、溶液のpH、反応温度への配慮は、GMSの成功形成に重要です。重要なステップは、1.2、1.3、1.4および1.6です。上記のパラメータは、界面活性剤から形成されたミセルの臨界充填パラメータと位相を制御します。ミセルの位相および形態は、GMSのためのフレームワークとして機能するシリカマトリックスの最終状態が決定されます。また、形成プロセス?…
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).
