שיטה נוחה סינתזה של 2 ננומטר נתמך bimetallic nanoparticle Pt-Cu זרזים עבור dehydrogenation פרופאן הוא דיווח כאן. בשנת סינכרוטרון באתרו טכניקות רנטגן לאפשר קביעת מבנה הזרז, שהוא בדרך כלל אפשר להשיג באמצעות מכשירים במעבדה.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
שיטה נוחה סינתזה של 2 ננומטר נתמך bimetallic nanoparticle Pt-Cu זרזים עבור dehydrogenation פרופאן הוא דיווח כאן. בשנת סינכרוטרון באתרו טכניקות רנטגן לאפשר קביעת מבנה הזרז, שהוא בדרך כלל אפשר להשיג באמצעות מכשירים במעבדה.
שיטה נוחה לסינתזה של זרזים Pt-Cu bimetallic וביצועים בדיקות עבור dehydrogenation פרופאן ואפיון הם הפגינו כאן. הזרז יוצר מבנה פתרון מוצק חלופי, עם גודל חלקיקים קטן ואחיד סביב 2 ננומטר. זה מתממש על ידי שליטה זהירה על הספגה, calcination, וצעדי הפחתת במהלך הכנת זרז מזוהה על ידי טכניקות מתקדמות סינכרוטרון באתרו . ההידרדרות זרז פרופאן dehydrogenation משתפר ברציפות עם הגדלת Cu: יחס אטומי Pt.
Dehydrogenation פרופאן (PDH) הוא שלב עיבוד המפתח בייצור של פרופילן, ניצול של פצלי גז, המקור הגדל במהירות הרבה ביותר של גז במדינה 1 . תגובה זו שוברת שני קשרים CH במולקולה של פרופאן כדי ליצור פרופילן אחד ומימן מולקולרי. זרזים מתכת אצילי, כולל חלקיקים PD, התערוכה סלקטיביות עניים עבור PDH, לשבור את הקשר CC לייצר מתאן עם תשואה גבוהה, עם הייצור במקביל של קוקאין, המוביל לחיסול deactivation. דיווחים אחרונים הראו כי זרזים PDH סלקטיבית ניתן להשיג על ידי תוספת של יזמים כמו Zn או ב Pd 2 , 3 , 4 . הזרזים המקודמים הם כמעט 100% סלקטיבי ל- PDH, לעומת פחות מ -50% עבור חלקיקים PD מונומטאלי באותו גודל. השיפור הגדול בסלקטיביות יוחס להיווצרות תרכובת בין-תחומית PdZn או PdIn(IMC) מבנים על פני השטח זרז. מערך מסודר של שני סוגים שונים של אטומים ב IMCs מבודד גיאומטרי מבודד את האתרים הפעילים PD עם זן לא קטליטי או אטומים In, אשר כיבה את תגובות בצד מזוקק על ידי אנסמבל (קבוצה) של אתרים פעילים Pd פעיל.
פלטינום יש את הסלקטיביות הפנימית הגבוהה ביותר בין מתכות אצילות עבור dehydrogenation פרופאן, אבל זה עדיין לא משביע רצון לשימוש מסחרי 1 . בדרך כלל, Sn, Zn, In או Ga מתווסף כמקדם עבור Pt 5 , 6 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11 , 12 , 13 . בהתבסס על הרעיון כי בידוד גיאומטרי באתר פעיל תורם סלקטיביות גבוהה, כל אלמנט קטליטי לא טופס סגסוגתמבנה עם Pt, כגון Cu, צריך גם לקדם את הביצועים זרז 14 . כמה מחקרים קודמים הציעו כי תוספת של Cu אכן שיפרה את הסלקטיביות PDH של זרזים Pt 15 , 16 , 17 , 18 . עם זאת, שום עדות ישירה לא דווחו כדי לקבוע אם Pt ו Cu טופס חלקיקים בימטריים או מבנים הורה, אשר חיוני להבנת אפקט קידום מכירות של Cu. בתרשים שלב בינארי של Pt-Cu, שני סוגי מבנים שונים אפשריים על פני טווח רחב של הרכב 16 , 18 : מתחם intermetallic, שבו Pt ו Cu כל תופסים אתרי קריסטל ספציפיים, פתרון מוצק, שבו Cu תחליפים אקראיים מסורק. IMCs טופס בטמפרטורה נמוכה ולהפוך פתרון מוצק בסביבות 600 - 800 מעלות צלזיוס עבור חומרים בתפזורת 14. טמפרטורת המרה זו עשויה להיות נמוכה יותר עבור חלקיקים, ליד טמפרטורת התגובה של PDH ( כלומר 550 מעלות צלזיוס). לכן, חשוב לחקור את הסדר האטומי של Pt-Cu בתנאי תגובה. עבור חלקיקים נתמכים עם גודל חלקיקים קטנים, זה מאוד מאתגר כדי לקבל מידע מבניים משמעותיים באמצעות מכשירי מעבדה 19 . החזרה המוגבלת של תאי יחידה מובילה לשיאים עזים מאוד, בעלי עוצמות נמוכות מאוד. בגלל שבריר גבוה של אטומי פני השטח חלקיקים 1 - 3 ננומטר בגודל, אשר מחומנים באוויר, עקיפה חייב להיות שנאספו באתרם באמצעות שטף רנטגן גבוהה, בדרך כלל זמין עם טכניקות synchrotron.
דיווחו בעבר Pt-Cu זרזים PDH היו כל גדול מ 5 ננומטר בגודל 15 , 16 , 17 , 18. עם זאת, עבור זרזים nanoparticle מתכת אצילי, תמיד יש רצון עז למקסם את הפעילות הקטליטית ליחידת עלות על ידי סינתזה זרזים עם dispersions גבוהה (בדרך כלל סביב או פחות מ 2 ננומטר בגודל) 19 . למרות הכנת חלקיקים bimetallic בגודל זה אפשרי על ידי שיטות הספגה רגילה, שליטה רציונלית על הנהלים הוא הכרחי. מבשרי מתכת, pH של הפתרון impregnating, ואת סוג התמיכה צריך להיות מבוקר כדי לייעל את עיגון של מינים מתכת על פני השטח משטח תומך גבוהה. לאחר מכן calcination ואת הפחתת חום טיפולים צריך להיות גם בקפידה כדי לדכא את הצמיחה של חלקיקים מתכתיים.
מאמר זה מכסה את הפרוטוקול לסינתזה של נתמך 2 ננומטר Pt-Cu bimetallic זרזים nanoparticle ובדיקת הביצועים שלהם dehydrogenation פרופאן. המבנה של זרזים נחקר על ידי סריקה TRansmission מיקרוסקופיה אלקטרונית (STEM), in situ synchrotron רנטגן ספיגה ספקטרוסקופיה (XAS), וכן סינתרוטרו באתרו עקיפה X- קרן (XRD), אשר מסייעים להבהיר את הביצועים זרז משופר עם כניסתה של Cu.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. סינתזה של נתמך 2 ננומטר PT-Cu Bimetallic Nanoparticle זרזים
2. פרופן- dehydrogenation מבחן ביצועים

הוא המרה של פרופאן,
הוא סלקטיביות פרופילן,
הוא מספר שומות של פרופאן, ו
הוא מספר שומות של פרופילן. 3. אפיון של דוגמאות קטליסט
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הסלקטיביות פרופילן לעומת הזמן עבור Pt ו- Cu זרזים שנמדדו בהמרה פרופן הראשונית של כ 20% מוצג באיור 1A . Pt זרז יש סלקטיביות הראשונית של 61%, אשר מגדיל לכ 82% עם הזמן on-Stream כמו הזרז deactivates עבור 1h. Pt-0.7Cu זרז מראה סלקטיביות פרופילן טוב יותר של 72%. עבור Pt-2.3Cu ו- PT-7.3Cu זרזים, סלקטיביות הראשונית שלהם להגיע 90% ו 96%, בהתאמה, ומתוחזקים עם זמן תגובה on-stream. איור 1B מראה את הש...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
Pt-Cu זרזים מוכנים בעבודה זו מכילים חלקיקים אחידים סביב 2 ננומטר בגודל, בדומה זרזים הטרוגניים מתאימים ליישום תעשייתי. כל Pt ו Cu מבשרי טופס מבנים bimetallic, בניגוד לחלקיקים monometallic נפרד. זה אינטראקציה bimetallic גודל החלקיקים קטן מתממשים על ידי שליטה זהירה על הליכי סינתזה. תהליך הספגה עושה שימוש ספיגה אלקטרוסטטית חזקה (SEA) בין יונים מתכת ואת פני השטח של תומכת תחמוצת מסוימים 21 . חומרים אוקסיד כגון סיליקה יש קבוצות hydroxyl על פני השטח, אשר יכול להיות...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לגלות.
עבודה זו נתמכה על ידי בית הספר להנדסה כימית, אוניברסיטת Purdue. השימוש של פוטון מתקדם מקור נתמך על ידי משרד האנרגיה של ארה"ב, משרד בסיסי אנרגיה מדעי, תחת חוזה לא. DE-AC02-06CH11357. MRCAT פעולות, beamline 10-BM נתמכים על ידי משרד האנרגיה ומוסדות חבר MRCAT. המחברים גם מכירים את השימוש beamline 11-ID-C. אנו מודים לאוון וגנר על סיוע ניסיוני עם ה- XAS.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| כור צינור קוורץ 1 אינץ' | קוורץ סיינטיפיק | מעובד על ידי | |
| פישר | |||
| תרמו מדעי | |||
| מתוכנת בטמפרטורת צדפה | מערכת בדיקה | יישומית | |
| כרומטוגרפיית גז | |||
| רשת TEM | TedPella | 01824G | |
| מכבש גלולה | מעבדת קריסטל בינלאומית | 0012-8211 | |
| 0012-189 | |||
| שלב מדגם לינקם | מדעי לינקם | TS1500 | |
| נחושת חנקתית טריהידרגייט | סיגמא אולדריץ' | 61197 | |
| טטראמיןפלטינה חנקה | סיגמא אולדריץ' | 278726 | |
| אמוניה | סיגמא אולדריץ' | 294993 | |
| סיליקה | סיגמא אולדריץ' | 236802 | |
| איזופרופיל אלכוהול | סיגמא אולדריץ' | ||
| איזון | דנבר אינסטרומנט חברה | A-160 | |
| מרית | VWR | ||
| כלי אידוי קרמיקה וזכוכית, כוסות | צלחת | ||
| קימוויפ | |||
| טיט וצמר קוורץ עלי | |||
| אביזרי צינורות סווגלוק |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.