合成とメソポーラスシリカの壁に金インターカレーの触媒性能

この手順の全体的な目標は、メソ多孔質シリカの壁にナノ金をインターメントした新しい触媒材料を合成することです。これは、まず、メソ多孔質シリカの形成のテンプレートとして機能する界面活性剤を添加して細胞を形成することによって達成されます。次に、シリコン源と表面改質剤を溶液に添加してから、金前駆体を滴下してナノ金粒子を調製します。

24時間撹拌した後、溶液をオーブンに移し、水熱処理を行います。水熱処理処理では、シリカが重合してメソ多孔質構造を形成し、金前駆体がナノスケールで成長し始めます。最後のステップは、材料を焼成して残っている界面活性剤を取り除き、明確に定義されたメソ多孔質構造を得ることです。

最終的に、fiz吸収、X線回折、透過型電子顕微鏡を使用して、金ナノ粒子がメソ多孔質シリカの明確に定義された壁に相互作用していることを示します。この方法が直接降水などの他の方法よりも優れている主な点は、ここで合成される材料が非常に熱的に堅牢であることです。一般に、この方法に不慣れな人は、合成を成功させるために温度と溶液条件のプロセス制御が必要なため、苦労します。

ナノテクノロジーは、サイズレジーム、つまり粒子のサイズを変化させる関数として材料の特性が変化するナノスケールレジームとして定義されます。この場合、金ナノ粒子について話しており、金は溶けやすい軟質金属であるという問題もあります。したがって、ここで金に熱安定性を追加するために実証できる原理の証明は、すべての金属システムに適用できるはずです。

メソ多孔質シリカまたはGMSの壁にインターカレートされた金の調製を開始するには、2モルの塩酸溶液のP 1 23から75ミリリットルのP 1 23の2.0グラムを追加します。室温で、溶液に磁気攪拌を加えます。P 1 23が完全に溶解するまで毎分350回転の速度で、溶液は透明になります。

小さなバイアルに4グラムのTEOSを加え、続いて180マイクロリットルのT-E-S-P-T-Sを加えます。バイアルをゆっくりと振って、2つの化学物質を別のバイアルに混合し、38ミリグラムのクロロオリン酸を1ミリリットルの脱イオン水に溶解します。熱電対で温度を制御したオイルバスでP 1 23溶液の温度を摂氏35度に上げます。

次に、TEOSとT-E-S-P-T-Sの混合物をすべてP 1 23溶液に加え、溶液を毎分700回転の激しい磁気攪拌に保ちます。溶液を2分間攪拌した後、調製したクロロORIC酸溶液を30秒以内にすべて滴下します。溶液を毎分700回転で摂氏35度で24時間攪拌します。

24時間後、溶液を密封されたボトルに移し、摂氏100度に設定されたオーブンで72時間保存します。これを水熱処理といいます。水熱処理後、1番の濾紙と漏斗の下の負圧で溶液をろ過します。

次に、サンプルを水で2回、エタノールで3回洗浄して、残りの塩酸を取り除きます。各洗浄プロセスでは、固体の1センチメートル上に水またはエタノールを追加し、材料が乾くのを待ちます。ろ過からの沈殿物をセラミックるつぼに移し、炉内でか焼します。

ランプ プログラムを摂氏 25 度から 550 度に 2 時間増加し、摂氏 550 度を 4 時間維持するように設定します。次に、温度が摂氏40度を下回るまで、ドアを閉めてサンプルを炉に留まらせます。焼成後、製品をプラスチックヘラでガラスバイアルに移すと、合成された材料はベンゾアルコールの酸化により赤色になります。

ベンチマーク反応として、GMS材料は試験され、高い選択性とリサイクル性を示しています。ベンゾアルコールの酸化は、別の溶媒を伴わない液相反応であるため、5ミリリットルのベンゾアルコールを25ミリリットルの3ネックフラスコに移します。次に、10ミリグラムのGMS触媒をベンゾアルコールに加えます。

100°Cの磁気攪拌による温度制御オイルバスを設置。反応温度を正確かつ均一に制御するため。ベンゾイルアルコールと触媒を入れたフラスコをオイルバスに入れ、毎分150回転で攪拌します。

マスフローコントローラーによって制御される毎分2ミリリットルでフラスコに99.9%の純度の酸素ガスを流します。オイルバスの温度が摂氏100度に達して安定したら、3つのネックフラスコに酸素ガスを導入します。酸素の流量と温度を一定に保ち、反応を6時間進行させます。

反応後、ナンバーワンの濾紙で製品をろ過します。液相を収集し、バイアル内のガスクロマトグラフィーバイアルに4部のHPLCグレードの酢酸を混ぜます。1部サンプルごとに、バイアルをガスクロマトグラフオートサンプラーに置き、分析します。

濾紙上の固体沈殿物を脱イオン水で洗い流し、次にエタノールで洗い流してから、沈殿物をへらで風乾させます。リサイクルされた触媒である乾燥した固体を収集します。この手順をリサイクル触媒で3回繰り返し、リサイクル触媒の量が同じ比率になるようにベンゾアルコールの量を調整します。

合成されたGMSストアの3つの別々の300ミリグラム部分を計量します。ガラスバイアル中の合成されたGMSの部分で、バッチ1、バッチ2、およびバッチ3とマークされています。バッチ 1 は対照群として機能し、バッチ 2 とバッチ 3 は熱処理を受けます。

炉を25°Cから400°Cまで0.5時間で上昇するようにプログラムし、その後400°Cを4時間維持します。バッチ2をるつぼに入れ、プログラムを開始し、温度が摂氏40度を下回るまで、サンプルをドアを閉めたまま炉に留まります。バッチ3では、0.75時間で摂氏25度から摂氏650度まで上昇し、摂氏650度を4時間維持するように炉をプログラムします。

バッチ 3 をるつぼに入れ、前と同じようにプログラムを開始します。fiz吸収装置の温度が摂氏40度を下回るまで、ドアを閉めた状態でサンプルを炉内に留まらせます。GMS材料を摂氏90度で60分間、次に摂氏350度で480分間DGAします。

DGA材料に対して完全な等温線解析を実行し、発泡吸収データを取得します。GMS試料を200メッシュの全炭素透過型電子顕微鏡またはTEMグリッド上に分散させ、透過型電子顕微鏡で試料を観察します。また、テキストプロトコルで説明されているように、銅Kアルファ放射でX線回折を実行します。

GMSのTEM画像は、シリカマトリックスが安定した壁を持つ明確に定義された長いチャネルを形成したことを示しています。細孔径は約5ナノメートルで、メソ多孔質シリカに典型的な六角形の形状であることが確認されました。BET fiz吸収、金の相互結合のないシリカマトリックスの等温線と、金とGMSの等温線を金と壁に相互結合して比較すると、2つの材料の間に大きな違いはないことがわかります。

どちらも、黄金の相互作用が細孔構造に変化を課さなかったことを示すヒステリシスループを備えたメソ多孔質材料の典型的な形状を示しています。異なる温度でのGMS材料焼成物のBET細孔構造とBJHの分布不良も示されています。高温焼成はメソ多孔質シリコンマトリックスを変化させませんでした。

また、650°Cまで高温で処理した後も、細孔構造と細孔分布は同じままであり、金が凝集して細孔を塞がなかったことが示された。GMS中の金の熱安定性は、GMS材料の回折パターン、異なる温度での焼成によるX線回折によってさらに検証されます。か焼プロセスにより、金粒子のサイズや形態が変化しなかったため、ピーク位置、ピーク強度、ピーク幅は変化を示さなかった。

1つのマスター、このテクニックは適切に実行すれば120時間で行うことができます。この合成を試みる際には、テンプレート剤がpHの温度と濃度の小さな変化に敏感であるため、反応条件を正確に制御することが重要です。これは現在、バイオマスアップグレードのシステムや、再生可能エネルギー技術の幅広いポートフォリオのantico技術に実装されています。