Synthese en katalytische prestaties van Gold tussengevoegd in de muren van mesoporeus siliciumdioxide-

Samenvatting

Hier presenteren we een protocol met een sol-gel proces om goud geïntercaleerd in de wanden van mesoporeuze materialen (GMS) te synthetiseren, waarvan is bevestigd dat het een mesoporeuze matrix bezit met goud geïntercaleerd in de wanden, wat grote stabiliteit en recycleerbaarheid verleent.

Samenvatting

Als veelbelovende katalytisch aktieve nano reactor werden goud nanodeeltjes tussengevoegd in mesoporeuze silica (GMS) met succes gesynthetiseerd en eigenschappen van de materialen onderzocht. We gebruikten een één pot sol-gel benadering gouden nanodeeltjes in de wanden van mesoporeuze silica intercaleren. Om te beginnen de synthese, P123 werd gebruikt als matrijs om micellen te vormen. Vervolgens werd TESPTS gebruikt als oppervlakmodificatie middel goud nanodeeltjes intercaleren. Na dit proces is in het TEOS toegevoegd als silicabron die een polymerisatiewerkwijze in zure omgeving ondergaan. Na hydrothermische behandeling en calcinering, werd het eindproduct verkregen. Verschillende technieken werden gebruikt om de porositeit en structuur van de gouden geïntercaleerde mesoporeuze silica karakteriseren. De resultaten toonden een stabiele structuur mesoporeuze silica gold na intercalatie. Door de oxidatie van benzylalcohol als benchmark reactie, de GMS materialen toonde hoge Selectiviteit en recycleerbaarheid.

Inleiding

Als een opkomende technologie die een groot potentieel in katalyse toepassingen heeft, hebben nanoschaal materialen intensief onderzoek interesse in de afgelopen decennia ontvangen. Onder de nanoschaal katalysatoren gemeld, hebben edelmetaalkatalysatoren zoals Au, Ag, Pd en Pt wereldwijd de aandacht trok ^1-3. Selecteer katalytische reacties omvatten de oxidatie van koolmonoxide onderzoekers over Au, Heck reactie op Pd katalysatoren en water splitsen met Pt. Ondanks de veelbelovende katalytische potentiaal wordt nanoschaal goud beperkt in zijn toepassing als gevolg van deactivering door vergiftiging, verkooksen thermische afbraak en sinteren. Vermeld is dat goud, als vertegenwoordiger van edelmetalen, heeft een hoge selectiviteit en minder gevoelig voor metaaluitloging, overoxidatie en zelfvergiftiging ^4. De katalytische prestaties van goud sterk afhankelijk van de deeltjesgrootte. Haruta et al. Rapporteert de relatie tussen katalytische prestatie en gald cluster diameter, het aantonen van de hoogste activiteit van goud katalysatoren met een deeltjesgrootte ~ 2.7 nm ^5.

De deeltjesgrootte van de edelmetalen kan worden geregeld door de bereidingswijze ^6-9; Echter, de belangrijkste hindernis in de richting van een brede toepassing blijft aggregatie en verlies van activiteit. Om het probleem van sinteren lossen, gemeenschappelijke methode om nanodeeltjes te immobiliseren op een dragermateriaal. Diverse ondersteunende materialen zijn toegepast, waaronder poreuze silica ^10-11, halfgeleidende metaaloxiden ^12-13, polymeren ^14, grafeen ¹⁵ en koolstof nanobuisjes ^16. Onder de gebruikte materialen, poreuze silica is een aantrekkelijk materiaal als drager omdat het slechts licht zuur, betrekkelijk inert, thermisch en chemisch stabiel, en kunnen worden bereid met goed gedefinieerde meso- / microporositeit. De poreuze structuur biedt een goede ondersteuning voor metaaldeeltjes, maar verleent ook de grootte selectieve substraat toegang totde metaalkatalysatoren. Deze selectiviteit is veelbelovend vanwege de tunability verband met deze poreuze materialen. Vaak worden gouddeeltjes vinden zeer mobiel op silica oppervlakken ^17-18 zijn en vormen gemakkelijk zeer groot (50 + nm) reactieve deeltjes bij blootstelling aan hoge temperaturen, waardoor het moeilijk is om goud nanodeeltjes te bereiden op silica ^19. Mukherjee et al. Beschreven immobilisatie van monodisperse gouden nanodeeltjes mesoporeuze silica MCM-41 met 3-aminopropyl-trimethoxysilaan en 3-mercapto--triethoxysilaan en de gedragen goud nanodeeltjes bleken zeer actief hydrogeneringsreacties zijn en geen uitlogen van goud werd gevonden in de ²⁰ reactie.

Naar aanleiding van het rapport van de oppervlakte modificatie van mesoporeuze silica, we melding gemaakt van een methode om goud te bereiden ingelast in de wand van mesoporeuze silica (GMS). Daarnaast is de mesoporeuze silica gedragen aanpak biedt een schaalbare apdering potentieel onafhankelijke weg katalysator en poreuze milieu. Omdat katalytische processen zijn van vitaal economisch belang, kan de voordelen verreikend zijn. De mogelijkheid om de ontwikkeling van "groene" katalysatoren zou een grote positieve invloed hebben op het milieu en het verbeteren van de economische haalbaarheid en resource efficiency van belangrijke industriële processen.

Protocol

1. Bereiding van GMS

1. Gebruik alle chemicaliën in het volgende proces zoals ontvangen.
2. Bereid 75 ml 2 M zoutzuur (HCl) oplossing. Weeg 2,0 g poly (ethyleenglycol) -blok-poly (propyleenglycol) -blok-poly (ethyleenglycol) (P123, MW = 5800) en breng in de voorbereide 75 ml 2 M HCl-oplossing. Bij KT toepassing magnetisch roeren aan de oplossing bij een snelheid van 350 omw / min totdat P123 volledig is opgelost. De oplossing is duidelijk.
3. Weeg 4 g tetraethoxysilaan (TEOS, MW = 208,33) in een klein flesje en overdracht 180 ul van Bis [3- (triethoxysilyl) propyl] -tetrasulfide (TESPTS, MW = 538,94) in de flacon. Schud de flacon om de twee stoffen te mengen. In een nieuw buisje, weegt 38 mg chlorogoudzuur (HAuCl _4, 99,90%) en los op in 1 ml DI water.
4. Verhoog de P123 oplostemperatuur tot 35 ° C in een oliebad bij de temperatuur geregeld door thermokoppel.
5. Breng het volledige mengsel van TEOS enTESPTS bereid in stap 1.3 van de P123-oplossing, en houd de oplossing bij krachtig magnetisch roeren van 700 omw / min. Bewaar de oplossing roeren gedurende 2 minuten, dan worden alle HAuCl ₄ bereid in stap 1,3 druppelsgewijs binnen 30 sec toe.
6. Bewaar de oplossing roeren bij 700 omw / min gedurende 24 uur bij 35 ° C.
7. Na 24 uur, breng de oplossing in een afgesloten fles en bewaar in een oven ingesteld op 100 ° C gedurende 72 uur. Dit wordt hydrothermische bewerking genoemd.
8. Na de hydrothermale verwerking, filteren de oplossing met een # 1 filtratie papier en negatieve druk onder een trechter, daarna wassen met water twee keer en ethanol drie keer om de resterende HCl te verwijderen. Tijdens elke wasproces, voeg water of ethanol 1 cm boven solide en wacht tot het materiaal te drogen.
9. Transfer precipitatie van filtratie om een ​​keramische kroes en gecalcineerd bij 550 ° C gedurende 4 uur. Stel de helling programma als volgt: 25 ° C tot 550 ° C gedurende 2 uur, laten 550 ° C gedurende 4hr, dan laat het monster in de oven blijft de deur gesloten totdat de temperatuur onder 40 ° C daalt.
10. Na calcineren, dragen het toe aan een glazen flacon met een kunststof spatel. Het gesynthetiseerde materiaal heeft een rode kleur.

2. katalytische reactie, Oxidatie benzylalcohol

1. Omdat de oxidatie van benzylalcohol is een vloeistoffasereactie zonder apart oplosmiddel, maat 5 ml benzylalcohol (99,8%) en breng deze in een 25 ml driehalskolf, weeg 10 mg GMS katalysator en deze opslaan benzyl alcohol.
2. Zet een thermisch geïsoleerde oliebad onder magnetisch roeren om nauwkeurige en uniforme regeling van de reactietemperatuur te waarborgen.
3. Zet de kolf met benzylalcohol en katalysator in het oliebad, stel dan de temperatuur tot 100 ° C en roer bij 150 omw / min.
4. Flow zuurstofgas met 99,9% zuiverheid in de kolf van 2 ml / min geregeld door een massastroomregelaar.
5. Wanneer detemperatuur van het oliebad 100 ° C bereikt en stabiliseert introduceren zuurstofgas in de driehalskolf.
6. Houd de zuurstofstroomsnelheid en temperatuur constant en laat de reactie doorgaan gedurende 6 uur.
7. Na de reactie, filter product met een # 1 filtreerpapier. Verzamel de vloeibare fase en breng een hoeveelheid aan gaschromatografie (GC) flesje. In de GC flacon, meng vier delen HPLC-kwaliteit azijnzuur voor een ieder deel van een monster (Gebruik bijvoorbeeld 36 ul monster en 144 pi azijnzuur.) Zet ​​de flacon op een gaschromatograaf autosampler voor analyse. Afwassen het vaste neerslag op het filter papier met DI-water en ethanol vervolgens laten drogen in de lucht. Verzamel de vaste stof gedroogd met een spatel als gerecycleerd katalysator.
8. Herhaal hetzelfde experiment procedure vanaf stap 2.3 tot en met 2.7 met gerecycleerde katalysator drie keer. In elke herhaling, passen de hoeveelheid benzylalcohol aan de in stap 2.2 beschreven verhouding overeenkomen.

3. Thermal Behandeling van GMS voor het testen van de thermische stabiliteit

1. Weeg 300 mg drie afzonderlijke delen van gesynthetiseerde GMS, en bewaar ze in glazen flesjes. Deze zijn gemarkeerd als batch 1, batch 2 en batch 3. Houd batch 1 als controle groep, en zet batch 2 en batch 3 in een oven voor thermische verwerking.
2. Programmeer de oven als volgt verwerkt bij 400 ° C: helling van 25 ° C tot 400 ° C in 0,5 uur, handhaven op 400 ° C gedurende 4 uur, laat het monster in de oven met de deur gesloten blijven totdat de temperatuur daalt beneden 40 ° C. Zet batch 2 in een smeltkroes en start het programma.
3. Programmeer de oven als volgt verwerkt bij 650 ° C: helling van 25 ° C tot 650 ° C in 0,75 uur, handhaven op 650 ° C gedurende 4 uur, laat het monster in de oven blijft de deur gesloten totdat de temperatuur onder 40 ° C. Zet batch 3 in een smeltkroes en start het programma.

4. Karakteriseringvan GMS Materialen ^21,22

1. Op de fysisorptie instrument, ontgas GMS materialen met het volgende programma: 90 ° C gedurende 60 min en vervolgens 350 ° C gedurende 480 min. Run full-isotherm analyse van de ontgast materialen fysisorptie gegevens te verkrijgen.
2. Verspreiden GMS monster op een 200-mesh essen carbon TEM rooster en let op de steekproef onder een transmissie-elektronenmicroscoop. Beperk de vergroting onder 44,000X om het materiaal te beschermen.
3. Run XRD met Cu Ka straling (λ = 1,5418 Å). Set buis spanning van 45 kV en buis stroom van 40 mA. Verzamel intensiteit in het 2θ traject tussen 10 ° en 90 ° met een stapgrootte van 0,008 ° en een meettijd van 5 seconden bij elke stap.

Resultaten

Deze methode werd toegepast om het niveau van synthese van heem vergelijken in normale (HBEC30KT) vs. kanker (HCC4017) longcellen. Figuur 2 toont een hogere synthese van heem in kankercellen (HCC4017) dan normale longcellen (HBEC30KT). Het niveau van synthese van heem werd ook gemeten in normale en kankercellen bij aanwezigheid van mitochondriale ontkoppelaar carbonyl cyanide 3-chlorophenylhydrazone (CCCP). Cellen werden behandeld met 10 uM CCCP voor 24 uur voor het meten van heem synthese levels. Zoals...

Discussie

In de synthese protocol, aandacht surfactant concentratie, pH van de oplossing en de reactietemperatuur is kritisch voor de succesvolle vorming van GMS. De kritische stappen zijn 1.2, 1.3, 1.4 en 1.6. De bovengenoemde parameters bepalen de pakking parameter en fase van micellen gevormd uit oppervlakteactieve kritisch. De fase en de morfologie van micellen bepaalt de uiteindelijke stand van silica matrix, die als raamwerk voor GMS. Ook belangrijk bij het vormingsproces is de volgorde en tijd om de HAuCl -oplossing. TEOS ...

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel

Naam	Bedrijf	Catalogusnummer	Opmerkingen
poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)	Aldrich	435465-250ML
tetraethoxysilane	TCI	201-083-8
bis[3-(triethoxysilyl)propyl]-tetrasulfide	GELEST	SIB1825.0-100GM
chloroauric acid	Aldrich	520918-1G
benzyl alcohol	Sigma-Aldrich	305197-1L
nitrogen physisorption	Micromeritics	Tristar II
X-ray diffraction	Philips	X'Pert Pro
transmission electron microscopy	Philips	CM200
gas chromatography	Shimadzu	GC-2010