합성과 메조 포러스 실리카의 벽에 금 층상의 촉매 성능

이 절차의 전반적인 목표는 메소 다공성 실리카 벽에 개재된 나노 금으로 새로운 촉매 물질을 합성하는 것입니다. 이것은 먼저 계면활성제를 첨가하여 세포를 형성함으로써 이루어지며, 이는 메소 다공성 실리카 형성을 위한 주형 역할을 합니다. 그런 다음 실리콘 공급원과 표면 개질제를 용액에 첨가한 후 금 전구체를 적가하여 나노 금 입자를 생성합니다.

24시간 동안 교반한 후 용액을 열수 처리를 위해 오븐으로 옮깁니다. 열수 처리 과정에서 실리카는 중합되어 중간 다공성 구조를 형성하고 금 전구체는 나노 규모에서 성장하기 시작합니다. 마지막 단계는 물질을 소성하여 남아 있는 계면활성제를 제거하고 잘 정의된 메조 다공성 구조를 얻는 것입니다.

궁극적으로 피즈 흡수, X선 회절 및 투과 전자 현미경을 사용하여 금 나노 입자가 메조 다공성 실리카의 잘 정의된 벽에 상호 작용한다는 것을 보여줍니다. 직접 강수와 같은 다른 방법에 비해 이 방법의 주요 장점은 여기에서 합성된 재료가 열적으로 매우 견고하다는 것입니다. 일반적으로 이 방법을 처음 접하는 개인은 성공적인 합성을 위해 온도 및 용액 조건에 대한 공정 제어가 필요하기 때문에 어려움을 겪을 것입니다.

나노 기술은 크기 영역, 즉 입자의 크기를 변경하는 함수로 재료의 특성이 변경되는 나노 규모 체제로 정의됩니다. 이 경우 우리는 금 나노 입자에 대해 이야기하고 있으며 금은 쉽게 녹는 부드러운 금속이기 때문에 어려움을 겪고 있습니다. 따라서 금에 열 안정성을 추가하기 위해 입증할 수 있는 원리 증명은 모든 금속 시스템에 적용할 수 있어야 합니다.

메조 다공성 실리카 또는 GMS의 벽으로 삽입된 금의 준비를 시작하려면 2.0g의 P 1 23에서 75밀리리터의 2몰 염산 용액을 첨가하십시오. 실온에서 용액에 자기 교반을 가합니다. P 1 23이 완전히 용해될 때까지 분당 350회 회전하는 속도로 용액이 명확해집니다.

작은 바이알에 TEOS 4g을 넣은 다음 180마이크로리터의 T-E-S-P-T-S 를 넣습니다. 바이알을 천천히 흔들어 다른 바이알에 두 화학 물질을 섞고 38mg의 클로로 오릭산을 1ml의 탈이온수에 녹입니다. 열전대에 의해 온도가 제어되는 오일 배스에서 P 1 23 용액 온도를 섭씨 35도로 높입니다.

그런 다음 모든 TEOS 및 T-E-S-P-T-S 혼합물을 P 1 23 용액에 추가하고 용액을 분당 700회 회전의 격렬한 자기 교반으로 유지합니다. 용액을 2분 동안 저어준 후 준비된 모든 클로로 ORIC 산 용액을 30초 이내에 적가합니다. 용액을 섭씨 35도에서 24시간 동안 분당 700회 회전으로 저어줍니다.

24시간 후 용액을 밀봉된 병에 옮기고 섭씨 100도로 설정된 오븐에서 72시간 동안 보관합니다. 이를 열수 처리라고 합니다. 열수 처리 후 깔때기 아래에 1번 여과지와 음압으로 용액을 여과합니다.

그런 다음 샘플을 물로 두 번, 에탄올로 세 번 세척하여 남아 있는 염산을 제거합니다. 각 세척 과정에서 고체보다 1cm 높은 곳에 물이나 에탄올을 추가하고 재료가 마를 때까지 기다립니다. 여과에서 세라믹 도가니로 침전을 가열로에서 하소로 이동합니다.

램프 프로그램을 2시간 동안 섭씨 25도에서 550도로 높이고 4시간 동안 섭씨 550도를 유지하도록 설정합니다. 그런 다음 온도가 섭씨 40도 이하로 떨어질 때까지 문을 닫은 상태로 샘플을 용광로에 그대로 두십시오. 소성 후 플라스틱 주걱이 있는 유리 바이알에 제품을 옮기면 합성된 물질은 벤조 알코올의 산화를 통해 붉은색을 띱니다.

벤치마크 반응으로 GMS 물질이 테스트되었으며 높은 선택성과 재활용성을 보여줍니다. 벤조 알코올의 산화는 별도의 용매가 없는 액상 반응이기 때문에 5ml의 벤조 알코올을 25ml의 3넥 플라스크로 옮깁니다. 그런 다음 GMS 촉매 10mg을 벤조 알코올에 첨가합니다.

섭씨 100도에서 자기 교반으로 온도 조절식 오일 수조를 설정합니다. 반응 온도의 정확하고 균일한 제어를 보장합니다. 벤조일 알코올과 촉매가 든 플라스크를 오일 배스에 넣고 분당 150회 회전으로 저어줍니다.

99.9% 순도의 산소 가스를 질량 유량 컨트롤러에 의해 제어되는 분당 2밀리리터의 속도로 플라스크로 흘려보냅니다. 오일 배스의 온도가 섭씨 100도에 도달하고 안정화되면 3개의 넥 플라스크에 산소 가스를 주입합니다. 산소 유량과 온도를 일정하게 유지하고 6시간 동안 반응을 진행하십시오.

반응 후 1번 여과지로 제품을 여과하십시오. 액상을 수집하고 바이알에서 가스 크로마토그래피 바이알로 옮기고 HPLC 등급 아세트산 4액을 혼합합니다. 각 부품 샘플에 대해 분석을 위해 바이알을 가스 크로마토그래프 자동 샘플러에 올려 놓습니다.

여과지의 고체 침전물을 탈이온수로 씻어낸 다음 에탄올로 씻어낸 후 침전물을 주걱으로 자연 건조시킵니다. 재활용 촉매인 건조된 고체를 수집합니다. 재활용 촉매로 이 절차를 반복할 때마다 세 번 반복하고 재활용 촉매의 양에 대한 벤조 알코올의 양을 동일한 비율로 유지하도록 조정합니다.

합성된 GMS 저장소의 3개의 개별 300mg 부분의 무게를 잰다. 배치 1, 배치 2 및 배치 3으로 표시된 유리 바이알에서 합성된 GMS의 부분. 배치 1은 대조군 역할을 하고 배치 2와 배치 3은 열처리를 받게 됩니다.

0.5시간 만에 섭씨 25도에서 섭씨 400도까지 램프하도록 퍼니스를 프로그래밍한 다음 4시간 동안 섭씨 400도를 유지합니다. 배치 2를 도가니에 넣고 온도가 섭씨 40도 이하로 떨어질 때까지 도어를 닫은 상태에서 샘플을 용광로에 그대로 두는 프로그램을 시작합니다. 배치 3의 경우, 0.75시간 내에 섭씨 25도에서 섭씨 650도로 상승하고 4시간 동안 섭씨 650도를 유지하도록 퍼니스를 프로그래밍합니다.

배치 3을 도가니에 넣고 이전과 같이 프로그램을 시작합니다. 샘플을 용액 흡수 기기의 온도가 섭씨 40도 이하로 떨어질 때까지 도어를 닫은 상태로 용광로에 그대로 두십시오. DGA는 GMS 재료를 섭씨 90도에서 60분 동안 수행한 다음 섭씨 350도에서 480분 동안 사용합니다.

DGA 재료에 대한 전체 등온선 분석을 실행하여 탄산 흡수 데이터를 얻습니다. GMS 샘플을 200메시 완전 탄소 투과 전자 현미경 또는 TEM 그리드에 분산시키고 투과 전자 현미경으로 샘플을 관찰합니다. 또한 텍스트 프로토콜에 설명된 대로 구리 K 알파 방사선으로 X선 회절을 실행합니다.

GMS의 TEM 이미지는 실리카 매트릭스가 안정적인 벽을 가진 잘 정의된 긴 채널을 형성했음을 보여줍니다. 기공 직경은 약 5나노미터이며 모양이 육각형인 것으로 확인되었으며, 이는 메소 다공성 실리카의 전형적인 형태입니다. BET fiz 흡수, 금 삽입이 없는 실리카 매트릭스의 등온선과 금이 있는 GMS의 등온선을 비교하고 벽에 삽입한 결과 두 재료 사이에 큰 차이가 없음을 알 수 있습니다.

둘 다 히스테리시스 루프가 있는 메소 다공성 재료의 전형적인 모양을 보여주며, 이는 황금 삽입이 기공 구조에 어떠한 변경도 가하지 않았음을 나타냅니다. BET 기공 구조 및 BJH 서로 다른 온도에서 GMS 재료 하소에 대한 불량한 분포도 표시됩니다. 고온 소성은 메조 다공성 실리콘 매트릭스를 변경하지 않았습니다.

또한, 기공 구조와 기공 분포는 모두 섭씨 650도의 고온 처리 후에도 동일하게 유지되었는데, 이는 금이 모공을 응집하여 막지 않았음을 나타냅니다. GMS에서 금의 열 안정성은 다른 온도에서 소성된 GMS 물질의 회절 패턴을 통한 X선 회절에 의해 추가로 검증됩니다. 피크 위치, 피크 강도 및 피크 너비는 소성 과정으로 인해 어떠한 변화도 보이지 않으며, 이는 금 입자가 크기나 형태에 변화가 없음을 나타냅니다.

한 명의 마스터인 이 기술은 제대로 수행하면 120시간 안에 완료할 수 있습니다. 이 합성을 시도할 때 템플릿 제는 pH, 온도 및 농도의 작은 변화에 민감하므로 반응 조건을 정확하게 제어하는 것이 중요합니다.이 기술의 실현은 연구자들에게 촉매 시스템에 열 안정성을 부여할 수 있는 패러다임을 제공했습니다. 이는 현재 바이오매스 업그레이드 시스템과 광범위한 재생 에너지 기술 포트폴리오를 위한 안티코 기술에서 구현되고 있습니다.