Síntesis de nanopartículas metálicas soportadas en nanotubos de carbono con átomos dopados de Co y N y sus aplicaciones catalíticas en la producción de hidrógeno

Resumen

Aquí, presentamos un protocolo para sintetizar nanopartículas de Co soportadas en nanotubos de carbono con Dopantes de Co y N para producciones de hidrógeno.

Resumen

Aquí se presenta un método para la síntesis fácil de catalizadores nanoestructurados soportados en nanotubos de carbono con dopante de cobalto y nitrógeno dispersos atómicamente. La nueva estrategia se basa en un tratamiento de pirólisis fácil de un solo recipiente de acetilacetonato de cobalto (II) y precursores orgánicos ricos en nitrógeno bajo atmósfera de Ar a 800 ° C, lo que resulta en la formación de nanotubos de carbono codopados con Co y N con morfología similar a la lombriz de tierra. Se encontró que el catalizador obtenido tenía una alta densidad de sitios defectuosos, según lo confirmado por la espectroscopia Raman. Aquí, las nanopartículas de cobalto (II) se estabilizaron en los nanotubos de carbono dopados con cobalto y nitrógeno atómicamente dispersos. Se confirmó que el catalizador era eficaz en la hidrólisis catalítica del borano de amoníaco, en la que la frecuencia de rotación era de 5,87 mol H 2·mol Co-1·min-1, y se determinó que la tasa de generación de hidrógeno específica era de 2447 mL H₂·g_Co-1·^min-1. Se propuso por primera vez una función sinérgica entre la nanopartícula de Co y los nanotubos de carbono dopados en la hidrólisis catalítica de la reacción de borano de amoníaco en una condición leve. La producción de hidrógeno resultante con su alta densidad de energía y su tiempo de reabastecimiento mínimo podría ser adecuada para el desarrollo futuro como fuentes de energía para aplicaciones móviles y estacionarias, como camiones de carretera y carretillas elevadoras en el transporte y la logística.

Introducción

El desarrollo de catalizadores de bajo costo y altamente eficientes para la producción de energía renovable sigue siendo uno de los problemas más críticos y desafiantes para aliviar la crisis energética. Sin embargo, está lejos de ser aplicaciones prácticas debido a varias preocupaciones, como los métodos de producción a gran escala con un rendimiento confiable, alto costo de producción y estabilidad duradera para extender la vida útil de los catalizadores. Los sectores industriales, como el transporte y la logística, requieren la producción de energía para vehículos y equipos con largas horas de operación, suministro de energía de alta potencia y un tiempo

Protocolo

PRECAUCIÓN: Se recomienda a los lectores que verifiquen cuidadosamente las propiedades y toxicidades de los productos químicos descritos en este documento para el manejo químico adecuado de las hojas de datos de seguridad de materiales (MSDS) relevantes. Algunos de los productos químicos utilizados son perjudiciales para la salud, y se deben tener cuidados especiales. Se desconoce el impacto de los nanomateriales en la salud humana y podría plantear riesgos para la seguridad y la salud. Se debe evitar la inhalación y el contacto a través de la piel con estos materiales. También se tomarán precauciones de seguridad, como la liberación del gas residual durante la síntes....

Resultados

Se han obtenido patrones de difracción de rayos X (XRD) para determinar la cristalinidad y el tamaño de las NP de cobalto. Como se muestra en la Figura 1, los picos de difracción correspondientes a los planos (111), (200) y (220) (a 2θ de 44.2°, 51.5° y 75.8° respectivamente) de la fase cúbica del cobalto metálico estuvieron presentes de acuerdo con el archivo de difracción de potencia JCPDS (Joint Committee for Powder Diffraction Standards) (tarjeta # 15-0806)⁴⁷. El .......

Discusión

El método de pirólisis se ha convertido en una de las poderosas estrategias en la síntesis de nanomaterial unidimensional sobre varios soportes sólidos dopados con heteroátomos con tamaños controlados de NPs. Por ejemplo, la estrategia de pirólisis confinada al nanoespacio fue reportada por Guo et ^al.56. Brevemente, los MWCNT, el cobalto y los precursores de fósforo pretratados se pirolizaron a 800 °C bajo atmósfera de_N2, y se pueden obtener los NP de CoP soportados en N-CNT. La presenc.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Diciandiamida	Sigma Aldrich	D76609
Complejo de borano-amoníaco	Aladdin	B131882-100g
Ácido cítrico, 99%	Sigma Aldrich	C0759
Solución estándar de metal cobalto, trazable a SRM desde NIST Co(NO3)2 en HNO3 0,5 mol/l 1000 mg/l Co Certipur	Sigma Aldrich	1.19785
Acetilacetonato de cobalto (II), ≥ 99%	Sigma Aldrich	727970
Ácido clorhídrico, reactivo ACS	Sigma Aldrich	320331-2.5L
ICP-OES	ICP-OES con combinador espectral dicroico (Agilent 5110)
			Horno de mufla híbrido de alto rendimiento, Cámara: (360 x 250 x 320) mm, Exterior: (610 x 545 x 500) mm, Potencia (3100W), Vulcan 3-1750)Ácido
nítrico, puriss. p.a., 65.0-67.0%	Sigma Aldrich	84378
Ácido sulfúrico, reactivo ACS 95-98%	Sigma Aldrich	258105
Horno			OTF-1200X con tamaño de tubo de 60 mm de diámetro exterior (Hefei Kejing)
Baño ultrasónico			Limpiador ultrasónico digital de frecuencia única de 10 L 40 kHz (Biobase)

Horno de mufla tubular