כאן אנו מציגים פרוטוקול לסינתזה של ננו-חלקיקי Co הנתמכים בננו-צינוריות פחמן עם דופנטים Co ו-N לייצור מימן.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
סינתזה של ננו-חלקיקי מתכת הנתמכים על ננו-צינוריות פחמן עם אטומי Co ו-N מסוממים ויישומיה הקטליטיים בייצור מימן
* These authors contributed equally
במאמר זה
סיכום
תקציר
כאן מוצגת שיטה לסינתזה של זרזים ננומטריים הנתמכים על גבי ננו-צינוריות פחמן עם קובלט וחנקן המפוזרים באופן אטומי. האסטרטגיה החדשנית מבוססת על טיפול פירוליזה בסיר אחד של קובלט (II) אצטילאצטונאט ומבשרים אורגניים עשירים בחנקן תחת אטמוספירת Ar בטמפרטורה של 800 מעלות צלזיוס, וכתוצאה מכך נוצרות ננו-צינוריות פחמן מסוממות Co ו-N עם מורפולוגיה דמוית תולעת אדמה. הזרז המתקבל נמצא כבעל צפיפות גבוהה של אתרי פגם, כפי שאושר על ידי ספקטרוסקופיית ראמאן. כאן, ננו-חלקיקי קובלט (II) התייצבו על ננו-צינוריות פחמן מסוממות קובלט וחנקן המפוזרות אטומית. הזרז אושר כיעיל בהידרוליזה הקטליטית של אמוניה בוראן, שבה תדירות התחלופה הייתה 5.87 מול H 2·מול Co-1·min-1, וקצב ייצור המימן הספציפי נקבע להיות 2447 מ"ל H2·g Co-1·min-1. פונקציה סינרגטית בין ננו-חלקיקי Co לבין ננו-צינוריות פחמן מסוממות הוצעה לראשונה בהידרוליזה הקטליטית של תגובת אמוניה בוראן במצב מתון. ייצור המימן המתקבל עם צפיפות האנרגיה הגבוהה שלו וזמן התדלוק המינימלי יכול להתאים לפיתוח עתידי כמקורות אנרגיה ליישומים ניידים ונייחים כגון משאיות כביש ומלגזות בהובלה ובלוגיסטיקה.
מבוא
פיתוח זרזים זולים ויעילים ביותר לייצור אנרגיה מתחדשת נותר אחת הבעיות הקריטיות והמאתגרות ביותר להקלה על משבר האנרגיה. עם זאת, הוא רחוק מלהיות יישומים מעשיים בשל מספר חששות, כגון שיטות ייצור בקנה מידה גדול עם ביצועים אמינים, עלות ייצור גבוהה ויציבות ארוכת שנים כדי להאריך את חיי השירות של זרזים. מגזרי תעשייה, כמו תחבורה ולוגיסטיקה, דורשים ייצור אנרגיה עבור כלי רכב וציוד עם שעות פעולה ארוכות, אספקת אנרגיה בהספק גבוה וזמן תדלוק מינימלי בהשגת פעולות יעילות 1,2,3. לכן, אסטרטגיות יעילות נוצלו באופן נרחב כדי להתמודד עם האתגרים הטכניים לעיל. לדוגמה, על ידי ויסות המבנה האלקטרוני של האתר....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
פרוטוקול
התראה: מומלץ לקוראים לבדוק היטב את התכונות והרעילות של הכימיקלים המתוארים במאמר זה לקבלת טיפול כימי נאות מגיליונות נתוני בטיחות החומרים (MSDS) הרלוונטיים. חלק מהכימיקלים שבהם נעשה שימוש מזיקים לבריאות, ויש לנקוט בטיפולים מיוחדים. ההשפעה של ננו-חומרים על בריאות האדם אינה ידועה ועלולה להוות סיכון בטיחותי ובריאותי. יש להימנע משאיפה ומגע דרך העור עם חומרים אלה. כמו כן, יינקטו אמצעי זהירות, כגון שחרור גז הפסולת במהלך סינתזת הזרז למכסה האדים והערכת ביצועי הזרז עם אוורור נכון של גז המימן. מומלץ ללבוש ציוד מגן אישי בכל עת. מימן הוא גז שעלול להיות נפיץ עם טווח דליקות רחב מאוד בין 4%-74% באוויר. יש להקפיד לאפשר לגז המימן להתאוורר כראוי לאטמוספרה.
1. סי....
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
תוצאות
תבניות עקיפה של קרני רנטגן (XRD) התקבלו כדי לקבוע את הגבישיות והגודל של NPs קובלט. כפי שניתן לראות באיור 1, פסגות עקיפה המתאימות למישורים (111), (200) ו-(220) (ב-2θ של 44.2°, 51.5° ו-75.8° בהתאמה) של הפאזה המעוקבת של קובלט מתכתי נכחו בהסכמה עם קובץ עקיפת הכוח JCPDS (הוועדה המשותפת לתקני עקיפת אבקה) (כרטיס # 15-0806)47. את השיא הרחב ב-2θ של כ-26° המתאים לפחמן הגרפיטי (N-CNTs) ניתן לאינדקס לכרטיס JCPDS # 75-1621. פסגות הדיפרקציה החזקות והחדות מצביעות על מבנה גבישי מוגדר.......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
דיון
שיטת הפירוליזה הפכה לאחת האסטרטגיות החזקות בסינתזה של ננו-חומר חד-ממדי על תמיכות מוצקות מסוממות הטרואטומיות שונות עם גדלים מבוקרים של NPs. לדוגמה, אסטרטגיית הפירוליזה המוגבלת בננו-חלל דווחה על ידי Guo et al.56. בקצרה, מבשרי MWCNTs, קובלט וזרחן שטופלו מראש היו פירוליזה בטמפרטורה של 800 מעלות צלזיוס תחת אטמוספירת N2, וניתן לקבל את ה- CoP NPs הנתמכים ב- N-CNT. נוכחות המיקרו-נקבוביות יכולה לשמש כמסלול שבו מבשרי Co ו-P מחלחלים במהלך הפירוליזה ומתואמים עם אטומי C ו-N סביב הנקבוביות. אסטרטגיה .......
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
גילויים
אין לנו מה לחשוף.
תודות
עבודה זו מומנה במלואה על ידי ועדת המענקים של אוניברסיטת הונג קונג - תוכנית פיתוח מוסדית (IDS) מענק מחקר שיתופי, מענק מספר UGC/IDS(C)14/B(E)01/19, תוכנית פיתוח הפקולטה (FDS), מענק מספר UGC/FDS25/E08/20 ומומן בחלקו על ידי תוכנית הפיתוח המוסדית (IDS), מענק מספר UGC/IDS(R)25/20.
.
....הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
חומרים
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| Dicyandiamide | Sigma Aldrich | D76609 | |
| קומפלקס בוראן-אמוניה | Aladdin | B131882-100 גרם | |
| חומצת לימון, 99% | Sigma Aldrich | C0759 | |
| תמיסה סטנדרטית של מתכת קובלט, הניתנת למעקב אחר SRM מ-NIST Co(NO3)2 ב-HNO3 0.5 mol/l 1000 mg/l Co Certipur | Sigma Aldrich | 1.19785 | |
| קובלט (II) אצטילאצטונט, ≥ 99% | סיגמא אולדריץ' | 727970 | |
| חומצה הידרוכלורית, מגיב ACS | סיגמא אולדריץ' | 320331-2.5L | |
| ICP-OES | ICP-OES עם קומבינר ספקטרלי דיכרואי (Agilent 5110) | ||
| תנור | מופלתנור מופל היברידי בעל ביצועים גבוהים, תא: (360 x 250 x 320) מ"מ, חיצוני: (610 x 545 x 500) מ"מ, הספק (3100W), וולקן 3-1750) | ||
| חומצה חנקתית, טהר. PA, 65.0-67.0% | סיגמא אולדריץ' | 84378 | |
| חומצה גופרתית, מגיב ACS 95-98% | סיגמא אולדריץ' | 258105 | |
| תנור | OTF-1200X עם גודל צינור של 60 מ"מ קוטר חיצוני (Hefei Kejing) | ||
| אמבטיה אולטרסאונד | 10L דיגיטלי תדר יחיד 40 קילו-הרץ מנקה אולטרסאונד (Biobase) |
מקורות
- Di Ilio, G., Di Giorgio, P., Tribioli, L., Bella, G., Jannelli, E. Preliminary design of a fuel cell/battery hybrid powertrain for a heavy-duty yard truck for port logistics. Energy Conversion and Management. , 243(2021).
- Imdahl, C., et al.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
הדפסות חוזרות והרשאות
