סינתזה וביצועי קטליטי של הזהב intercalated בחומות של mesoporous סיליקה

המטרה הכוללת של הליך זה היא לסנתז חומרים קטליטיים חדשים עם ננו זהב המשולב בדפנות הסיליקה הנקבובית המזו. זה מושג על ידי יצירת התאים שלי תחילה בתוספת פעילי שטח, המשמשים כתבנית ליצירת סיליקה נקבובית מזו. לאחר מכן מוסיפים לתמיסה מקור סיליקון וחומר לשינוי פני השטח לפני הוספת מבשר זהב טיפתי כדי לגרום לחלקיקי ננו זהב.

לאחר ערבוב של 24 שעות, התמיסה מועברת לתנור לעיבוד הידרותרמי. במהלך הטיפול בעיבוד הידרותרמי, סיליקה עוברת פולימור ליצירת המבנה הנקבובי המזו שלה, ומבשר הזהב מתחיל לצמוח בקנה מידה ננומטרי. השלב האחרון הוא לסייד את החומר כדי להסיר את כל חומר פעילי השטח שנותר ולקבל מבנה נקבובי מזו מוגדר היטב.

בסופו של דבר, ספיגת פיז, עקיפה של קרני רנטגן ומיקרוסקופ אלקטרונים הולכה משמשים כדי להראות שננו-חלקיקי זהב משולבים בדפנות המוגדרות היטב של הסיליקה הנקבובית המזו. היתרון העיקרי של שיטה זו על פני אחרות, כמו משקעים ישירים, הוא שהחומרים המסונתזים כאן חזקים מאוד מבחינה תרמית. בדרך כלל, אנשים חדשים בשיטה זו יתקשו מכיוון שסינתזה מוצלחת דורשת בקרת תהליך על הטמפרטורה ותנאי התמיסה.

ננוטכנולוגיה מוגדרת כמשטר גודל, משטר ננומטרי שבו תכונות החומר משתנות כפונקציה של שינוי גודל החלקיקים. במקרה הזה, אנחנו מדברים על ננו-חלקיקי זהב, וגם הזהב סובל מהיותו מתכת רכה שנמסה בקלות. אז ההוכחה העקרונית כאן שאנו יכולים להוכיח להוספת יציבות תרמית לזהב צריכה להיות ישימה לכל מערכות המתכת.

כדי להתחיל בהכנת זהב בשילוב לדופן של סיליקה נקבובית מזו נקבובית או GMS, הוסף 2.0 גרם של P 1 23 עד 75 מיליליטר של תמיסת חומצה הידרוכלורית מולארית. בטמפרטורת החדר יש למרוח ערבוב מגנטי על התמיסה. במהירות של 350 סיבובים לדקה עד להמסה מלאה של P 1 23, התמיסה תהיה ברורה.

הוסף ארבעה גרם TEOS לבקבוקון קטן, ואחריו 180 מיקרוליטר T-E-S-P-T-S. לנער לאט את הבקבוקון כדי לערבב את שני הכימיקלים בבקבוקון אחר, להמיס 38 מיליגרם של חומצה כלורו אורית במיליליטר אחד של מים נטולי יונים. הגדל את טמפרטורת התמיסה P 1 23 ל -35 מעלות צלזיוס באמבט שמן עם טמפרטורה הנשלטת על ידי צמד תרמי.

לאחר מכן הוסיפו את כל תערובת TEOS ו-T-E-S-P-T-S לתמיסת P 1 23 ושמרו על התמיסה בערבוב מגנטי נמרץ של 700 סיבובים לדקה. לאחר שהתמיסה מערבבת במשך שתי דקות, מוסיפים את כל תמיסת חומצת הכלורו אוריק המוכנה תוך 30 שניות. מערבבים את התמיסה ב -700 סיבובים לדקה למשך 24 שעות בחום של 35 מעלות צלזיוס.

לאחר 24 שעות מעבירים את התמיסה לבקבוק אטום ושומרים בתנור המוגדר על 100 מעלות צלזיוס למשך 72 שעות. זה נקרא עיבוד הידרותרמי. לאחר העיבוד ההידרותרמי, יש לסנן את התמיסה עם נייר סינון מספר אחד ולחץ שלילי מתחת למשפך.

לאחר מכן שטפו את הדגימה פעמיים במים ושלוש פעמים באתנול כדי להסיר את החומצה ההידרוכלורית שנותרה. במהלך כל תהליך כביסה יש להוסיף מים או אתנול סנטימטר אחד מעל המוצק ולהמתין לייבוש החומר. העבירו את המשקעים מסינון לכור היתוך קרמי לסידן בתנור.

הגדר את תוכנית הרמפה לעלות מ-25 ל-550 מעלות צלזיוס למשך שעתיים, ולשמור על 550 מעלות צלזיוס למשך ארבע שעות. לאחר מכן אפשר לדגימה להישאר בתנור כשהדלת סגורה עד שהטמפרטורה יורדת מתחת ל 40 מעלות צלזיוס. לאחר ההסתיידות העבירו את המוצר לבקבוקון זכוכית עם מרית פלסטיק, לחומר המסונתז יש צבע אדום באמצעות חמצון של אלכוהול בנזו.

כתגובת אמת מידה, חומרי ה-GMS נבדקים ומראים סלקטיביות ומיחזור גבוהים. מכיוון שהחמצון של אלכוהול בנזו הוא תגובת פאזה נוזלית ללא ממס נפרד, העבירו חמישה מיליליטר של אלכוהול בנזו לבקבוק של 25 מיליליטר עם שלושה צווארים. לאחר מכן הוסף 10 מיליגרם של זרז GMS לאלכוהול הבנזו.

הגדר אמבט שמן מבוקר טמפרטורה עם ערבוב מגנטי ב-100 מעלות צלזיוס. כדי להבטיח שליטה מדויקת ואחידה בטמפרטורת התגובה. הכניסו את הבקבוק עם בנזואיל אלכוהול וזרז לאמבט השמן וערבבו בקצב של 150 סיבובים לדקה.

הזרמת גז חמצן בטוהר של 99.9% לתוך הבקבוק בשני מיליליטר לדקה הנשלטת על ידי בקר זרימת מסה. כאשר הטמפרטורה של אמבט השמן מגיעה ל 100 מעלות צלזיוס ומתייצבת, הכניסו גז חמצן לבקבוק שלושת הצוואר. שמור על קצב זרימת החמצן והטמפרטורה קבועים ואפשר לתגובה להמשיך במשך שש שעות.

לאחר התגובה, יש לסנן את המוצר בעזרת נייר סינון מספר אחד. אוספים את השלב הנוזלי ומעבירים לבקבוקון כרומטוגרפיה גז בבקבוקון מערבבים ארבעה חלקים חומצה אצטית בדרגת HPLC. עבור כל דגימת חלק אחת, הניחו את הבקבוקון על דגימת אוטומטי של כרומטוגרף גז לניתוח.

שטפו את המשקעים המוצקים על נייר הסינון במים נטולי יונים ולאחר מכן אתנול לפני שתאפשרו למשקעים להתייבש באוויר בעזרת מרית. אוספים את המוצק המיובש, שהוא הזרז הממוחזר. חזור על הליך זה עם זרז ממוחזר שלוש פעמים בכל חזרה, התאם את כמות אלכוהול הבנזו לכמות הזרז הממוחזר שתישאר באותו יחס.

שקלו שלוש מנות נפרדות של 300 מיליגרם של חנות GMS מסונתזת. חלקי ה-GMS המסונתזים בבקבוקוני זכוכית מסומנים כאצווה ראשונה, אצווה שנייה ואצווה שלישית. אצווה ראשונה תשמש כקבוצת הבקרה ואילו אצווה שנייה ואצווה שלישית יעברו עיבוד תרמי.

תכנת את התנור לרמפה מ-25 מעלות צלזיוס ל-400 מעלות צלזיוס תוך 0.5 שעות, ולאחר מכן שמור על 400 מעלות צלזיוס למשך ארבע שעות. הכניסו את האצווה השנייה לכור היתוך והתחילו את התוכנית ואפשרו לדגימה להישאר בתנור כשהדלת סגורה עד שהטמפרטורה יורדת מתחת ל-40 מעלות צלזיוס. עבור אצווה שלישית, תכנת את התנור לעלות מ-25 מעלות צלזיוס ל-650 מעלות צלזיוס תוך 0.75 שעות ולשמור על 650 מעלות צלזיוס למשך ארבע שעות.

הכניסו את המנה השלישית לכור היתוך והתחילו את התוכנית כמו קודם. הניחו לדגימה להישאר בתנור כשהדלת סגורה עד שהטמפרטורה יורדת מתחת ל-40 מעלות צלזיוס במכשיר הספיגה. DGA מעמיד את חומרי ה-GMS ב-90 מעלות צלזיוס למשך 60 דקות, ולאחר מכן 350 מעלות צלזיוס למשך 480 דקות.

הפעל ניתוח איזותרמי מלא על חומרי ה-DGAs כדי לקבל נתוני ספיגה תוססים. פזרו את דגימת ה-GMS על מיקרוסקופ אלקטרונים להעברת פחמן מלא של 200 רשת או רשת TEM, והתבוננו בדגימה תחת מיקרוסקופ אלקטרונים שידור. הפעל גם עקיפה של קרני רנטגן עם קרינת K אלפא נחושת כמתואר בפרוטוקול הטקסט.

תמונת TEM של ה-GMS מגלה כי מטריצת הסיליקה יצרה תעלות ארוכות מוגדרות היטב עם דופן יציבה. קוטר הנקבוביות זוהה כחמישה ננומטר ומשושה בצורתו, כפי שאופייני לסיליקה נקבובית מזו. השוואה בין ספיגת BET fiz, איזותרמית למטריצת סיליקה ללא אינטרציה של זהב לאיזותרמית עבור GMS עם זהב ומשולבת בקירות מגלה כי אין הבדל משמעותי בין שני החומרים.

שניהם מראים את הצורה האופיינית לחומרים נקבוביים מזו עם לולאת היסטרזיס המצביעה על כך שהאינטרציה המוזהבת לא כפתה כל שינוי במבנה הנקבוביות. מבנה נקבוביות BET ו- BJH מוצגת גם חלוקה לקויה של חומר GMS סידן בטמפרטורות שונות. הסתיידות בטמפרטורה גבוהה לא שינתה את מטריצת הסיליקון הנקבובית המזו.

יתר על כן, גם מבנה הנקבוביות וגם פיזור הנקבוביות נותרו זהים לאחר טיפול בטמפרטורה גבוהה עד 650 מעלות צלזיוס, מה שמצביע על כך שהזהב לא הצטבר וחסם את הנקבוביות. היציבות התרמית של הזהב ב-GMS מאומתת עוד יותר על ידי עקיפה של קרני רנטגן באמצעות דפוס העקיפה של חומר GMS, סידן בטמפרטורות שונות. מיקום השיא, עוצמת השיא ורוחב השיא אינם מראים שינוי כלשהו עקב תהליך ההסתיידות המצביע על כך שחלקיקי הזהב לא השתנו בגודלם או במורפולוגיה.

מאסטר אחד, טכניקה זו יכולה להיעשות תוך 120 שעות אם היא מבוצעת כראוי. כאשר מנסים סינתזה זו, חשוב לשלוט בתנאי התגובה בדיוק מכיוון שחומר התבניות רגיש לשינויים קטנים בטמפרטורת ה-pH ובריכוז מימוש טכנולוגיה זו סיפק לחוקרים פרדיגמה שבאמצעותה אנו יכולים להקנות יציבות תרמית למערכות זרזים. זה מיושם כיום במערכות לשדרוג ביומסה וטכנולוגיות אנטיקו לפורטפוליו רחב של טכנולוגיות אנרגיה מתחדשת.