Réactions catalytiques sur des nanoparticules de platine stabilisées aux amines et sans ligands soutenues sur Titania pendant l’hydrogénation d’alcènes et d’aldéhydes

Ce protocole présente une méthode pratique pour comparer les propriétés catalytiques des catalyseurs de platine pris en charge. L’hydrogénation du cyclohexène sert de réaction modèle pour déterminer l’activité catalytique. Notre synthèse colloïdale est une approche prometteuse en plus des méthodes d’imprégnation et de calcination pour la fabrication de catalyseurs hétérogènes, car elle permet la synthèse de nanoparticules de taille et de forme définies.

Étant donné que l’approche de synthèse colloïdale permet l’utilisation de différents ligands comme les amines ou les thiols, les nanoparticules de platine avec d’autres ligands et leur influence sur les propriétés catalytiques peuvent être étudiées. Le choix d’un ligand approprié est difficile. Un ligand approprié doit avoir une forte absorption aux sites d’absorption sélectionnés, de sorte que la désorption soit empêchée mais que l’activité catalytique soit toujours présente.

Pour commencer, préparez la solution de réduction en dissolvant 25,4 milligrammes de borohydrure de tétrabutyle ammonium et 46,3 milligrammes de bromure de di-dodécyle diméthylammonium dans un millilitre de toluène à température ambiante dans du verre à jante laminée de 10 millilitres. Ensuite, préparez la solution de sel métallique en dissolvant d’abord 8,5 milligrammes du chlorure de platine IV précurseur dans 2,5 millilitres de toluène à température ambiante dans un verre à jante laminée de 10 millilitres. Une fois le chlorure de platine IV dissous, ajoutez 185,4 milligrammes du ligand dodécylamine.

Ensuite, soniquez les deux solutions à température ambiante pendant une à deux minutes dans un bain à ultrasons à une fréquence de 35 kilohertz. Ajouter la solution complète de sel métallique à l’aide d’une pipette à piston plongeante à embout jetable dans une fiole à col rond de 10 millilitres. Ensuite, ajouter tout le volume de la solution de réduction à la solution de sel métallique par injection de choc, tout en agitant la solution avec une barre d’agitation magnétique pendant 60 minutes dans des conditions ambiantes.

Pour purifier les nanoparticules de platine, transférer la solution réactionnelle complète avec une pipette à piston plongeant ayant une pointe jetable dans un tube à centrifuger de 80 millilitres et ajouter 14 millilitres de méthanol. Ensuite, centrifuger à 2 561 fois G pendant 10 minutes à température ambiante et éliminer la solution après centrifugation. Pour résoudre le résidu de nanoparticules, ajoutez trois millilitres de toluène avec une pipette à commande plongeante avec une pointe jetable et transférez la solution de nanoparticules dans un verre à bord roulé pour une utilisation ultérieure.

Pour éliminer les résidus de synthèse, transférer trois millilitres des nanoparticules de platine purifiées dans le toluène dans une fiole à col rond de 100 millilitres et remplir de toluène jusqu’à un volume final de 50 millilitres. Ensuite, chauffer la solution à 52 degrés Celsius et maintenir la température pendant 60 minutes tout en agitant la solution avec une barre d’agitation magnétique. Ensuite, dissoudre 185 milligrammes de dodécylamine dans 2,5 millilitres de toluène dans un verre à jante laminé de 10 millilitres à température ambiante et ajouter cette solution avec une pipette à piston plongeant avec un embout jetable à la solution de nanoparticules de platine DDA traitée thermiquement à 52 degrés Celsius.

Ensuite, chauffer et remuer la solution pendant encore 60 minutes. Après purification, comme démontré précédemment, dissoudre les nanoparticules de platine dans trois millilitres de n-hexane au lieu de trois millilitres de toluène. Ensuite, évaporez le solvant dans l’armoire à fumée pendant la nuit à température ambiante et à pression ambiante et pesez les nanoparticules de platine le lendemain.

Disperser le titane dans du n-hexane à température ambiante dans un bécher de taille appropriée à l’aide d’un bain à ultrasons à 35 kilohertz. Ajouter le n-hexane au bécher contenant du titane. Après avoir préparé une solution de nanoparticules des particules précédemment fabriquées avec une concentration massique d’un milligramme par millilitre dans le n-hexane, ajouter la solution au titane dispersé à température ambiante à l’aide d’une seringue jetable avec une aiguille à un débit de 0,016 millilitre par minute à l’aide d’une pompe à seringue.

Ensuite, sécher la poudre chargée dans des conditions ambiantes pendant une nuit dans l’armoire à fumée, puis pendant 10 minutes sous vide. Remplissez 1 000 milligrammes de titane dans une boîte de cristallisation et ajoutez de l’eau jusqu’à ce que le titane soit recouvert. Ensuite, dissoudre trois grammes d’acide chloroplatinique hexahydraté dans 20 millilitres d’eau distillée et ajouter la solution aqueuse au titane soumis avec une pipette volumétrique de 20 millilitres.

Ensuite, chauffer et maintenir la solution à 75 degrés Celsius tout en agitant avec une barre d’agitation magnétique pendant quatre heures jusqu’à ce que la solution soit visqueuse. Ensuite, sécher la solution dans le plat de cristallisation pendant une journée à 130 degrés Celsius dans un four dans des conditions atmosphériques. Pour effectuer la calcination dans un four à température programmée, remplissez la poudre préalablement séchée dans un creuset en porcelaine.

Ensuite, chauffez jusqu’à 400 degrés en 30 minutes et maintenez la température pendant quatre heures. Ensuite, refroidissez l’échantillon à température ambiante dans le four sans utiliser de rampe de température. Pour réduire le catalyseur dans un four tubulaire, chauffer à 180 degrés Celsius avec une rampe de température de quatre degrés Celsius par minute et maintenir la température pendant 1,5 heure sous un flux continu d’hydrogène.

Après avoir rempli l’enveloppe chauffante avec un milieu chauffant souhaité, remplissez le réacteur à cuve agitée avec 120 milligrammes de catalyseur synthétisé et 120 millilitres de toluène. Dégazez ensuite le réacteur à cuve d’agitation en appliquant un vide d’environ 360 millibars. Pour éliminer l’oxygène, placez un ballon en caoutchouc rempli d’un hydrogène atmosphérique standard sur le condenseur à reflux et rincez le réacteur à réservoir d’agitation avec de l’hydrogène.

Ensuite, commencez à chauffer et à agiter le réservoir du réacteur avec une barre d’agitation magnétique sous atmosphère d’hydrogène. Une fois la température constante atteinte, injecter un millilitre du réactif cyclohexène via le septum en caoutchouc à l’aide d’une seringue jetable avec une aiguille. À l’aide d’un filtre à seringue, séparez le catalyseur de la solution réactionnelle et remplissez le liquide dans un flacon d’échantillonneur automatique qui est correctement scellé par la suite.

Après avoir préparé le réacteur à cuve d’agitation pour tester l’effet d’empoisonnement, injecter du 5-méthylfurfural dans le catalyseur soumis dans du toluène et laisser le mélange agiter pendant 120 minutes. Ensuite, ajouter le cyclohexène avec une seringue jetable dans un rapport molaire de 1:1 et 1:10 dans le furfural 5-méthyle. Utilisez un filtre à seringue pour séparer le catalyseur de la solution réactionnelle et remplissez le liquide dans un flacon d’échantillonneur automatique scellé correctement par la suite, comme démontré précédemment.

Pour analyser les produits par chromatographie en phase gazeuse, injecter les échantillons dans la colonne de chromatographie en phase gazeuse et attribuer les pics aux différentes substances par comparaison avec les étalons de référence. Évaluer les chromatogrammes en phase gazeuse à l’aide de la méthode à 100 % et calculer la quantité en pourcentage de chaque composé en divisant la surface des pics mesurée pour ce composé par la somme de toutes les aires des pics. L’imagerie TEM a révélé une forme quasi sphérique pour les nanoparticules plus petites et partiellement asymétriques pour les nanoparticules plus grosses sans changement après dépôt sur titane.

La taille et la forme des catalyseurs imprégnés étaient comparables. Les spectres XP ont montré deux signaux à 71,5 et 74,8 électronvolts pour le DDA en platine. Aucun changement significatif n’a été observé après l’échange de ligands et le dépôt sur titane.

Cependant, le catalyseur imprégné est rétrogradé de 0,6 électronvolts et présente des espèces de platine oxydées. Dans la région C1s, trois signaux apparaissent entre 289,0 et 284,0 électronvolts. Le spectre N1s présente de l’ammonium, de l’amine et une espèce de surface supplémentaire à 402,6, 399,9 et 398,2 électronvolts.

L’ammonium est éliminé par échange de ligand. Les nanoparticules de platine stabilisées aux amines présentent une conversion cyclohexène plus élevée que les nanoparticules sans amine. Les petites nanoparticules de platine présentent la conversion la plus élevée après échange de ligand, jusqu’à 72%En l’absence de 5-méthyl furfural, la conversion du cyclohexène était de 72%tandis que l’augmentation du rapport diminue le taux de conversion à 30% et 21% respectivement.

Les spectres de platine IV-F sont rétrogradés de 0,6 électronvolt après addition de 5-méthylfurfural à l’hydrogénation du cyclohexène, tandis que les spectres C1s révèlent les mêmes trois signaux que le 5-méthylfurfural après hydrogénation. La quantité d’azote diminue dans les spectres N1s après hydrogénation, indiquant un échange partiel de dodécylamine par le 5-méthyl furfural. Le spectre FTIR pour le DDA de platine après addition de 5-méthylfurfural indique un échange partiel par le 5-méthylfurfural car des modes de vibration pour les deux apparaissent.

L’oxygène et la présence d’hydrogène sur les catalyseurs métalliques sont dangereux. Par conséquent, nous éliminons tout oxygène en purgeant le réacteur plusieurs fois avec de l’hydrogène. L’hydrogénation de cyclohexe n’a servi que de réaction modèle.

En outre, d’autres alcènes peuvent également être utilisés. Les nanoparticules de platine peuvent être synthétisées en différentes tailles avec différents ligands pour influencer les propriétés catalytiques. Les ligands dans les catalyseurs hétérogènes peuvent offrir une nouvelle approche catalytique pour contrôler l’activité et la sélectivité des réactions catalysées en plus de la taille des particules et des effets de support.