Name: Synthese van metalen nanodeeltjes ondersteund op koolstofnanobuis met gedopeerde co- en N-atomen en de katalytische toepassingen ervan bij waterstofproductie (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-12-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 40 s
Description: Leer de synthese van Co-nanodeeltjes op koolstofnanobuis met Co- en N-dopanten voor waterstofproductie. Deze methode biedt een kostenefficiënte en stabiele katalysator voor hernieuwbare energietoepassingen.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

Dit werk werd volledig gefinancierd door Hong Kong University Grants Committee - Institutional Development Scheme (IDS) Collaborative Research Grant, subsidienummer UGC / IDS (C) 14 / B (E) 01/19, het Faculty Development Scheme (FDS), subsidienummer UGC / FDS25 / E08/ 20 en gedeeltelijk gefinancierd door het Institutional Development Scheme (IDS), subsidienummer UGC / IDS (R) 25/20.
<div></div>
.

LET OP: Lezers wordt geadviseerd om de eigenschappen en toxiciteiten van de chemicaliën die in dit artikel worden beschreven zorgvuldig te controleren op de juiste chemische behandeling van de relevante veiligheidsinformatiebladen (MSDS). Sommige van de gebruikte chemicaliën zijn schadelijk voor de gezondheid en er moeten speciale zorgen worden genomen. De impact van nanomaterialen op de menselijke gezondheid is onbekend en kan veiligheids- en gezondheidsrisico's met zich meebrengen. Inademing en contact via de huid met deze materialen moet worden vermeden. Er moeten ook veiligheidsmaatregelen worden genomen, zoals het vrijkomen van het rookgas tijdens de katalysatorsynthese aan de zuurkast en de evaluatie van de katalysatorprestaties met de juiste ontluchting van het waterstofgas. Persoonlijke beschermingsmiddelen worden geadviseerd om te allen tijde te dragen. Waterstof is een potentieel explosief gas met een zeer breed ontvlambaarheidsbereik van 4% -74% in lucht. Er moet voor worden gezorgd dat het waterstofgas goed in de atmosfeer kan worden afgevoerd.
1. Synthese van melem-C 3N4 materialen
<ol><li>Weeg 280 g dicyaandiamide (dichtheid = 1,4 g·cm-3) af in een bekerglas van 800 ml.</li>
	<li>Plaats het bekerglas met de bovenstaande vaste stof in een moffeloven en verhoog langzaam de temperatuur van kamertemperatuur tot 350 °C met een helling van 5 °C·min-1.</li>
	<li>Houd de temperatuur 2 uur op 350 °C, koel de oven af door natuurlijke koeling.</li>
	<li>Maal de verkregen witte vaste stoffen tot fijn poeder als de C3N4-materialen in de melemvorm (DCD-350). OPMERKING: De opbrengst is 175 g.</li>
</ol>2. Gloeien van de mengsels van melem-C 3N4 en Co(acac)2 bij verschillende temperaturen
<ol><li>Meng 10,0 g melem-C3N4 met 0,218 g Co(acac)2 [Co: melem-C3N4 = 1:200 (gewichtsverhouding)]. Maal en meng de twee vaste stoffen totdat de homogene kleur wordt waargenomen.</li>
	<li>Voeg 6 ml citroenzuuroplossing (water: ethanol = 1:1, citroenzuur = 10 g· L-1) aan het homogene mengsel en vermaal de materialen verder.</li>
	<li>Droog de materialen in een oven op 60 °C gedurende 6 uur.</li>
	<li>Plaats de materialen in een vierkante kroes en plaats deze vervolgens in een buisvormige oven.</li>
	<li>Verwarm de materialen met een verwarmingssnelheid van 2,6 °C·min-1 van kamertemperatuur tot 800 °C en bewaar gedurende 2 uur onder een Ar-debiet van 100 ml·min-1.</li>
	<li>Koel de oven langzaam af door natuurlijke koeling.</li>
	<li>Weeg de katalysatormonsters af. Hier was de opbrengst 0,65 g.</li>
</ol>3. Meten van waterstofafgifte uit ammoniakborenhydrolyse
<ol><li>Stel het met water gevulde omgekeerde cilindersysteem in (aanvullende figuur 1).</li>
	<li>Stel de wasoplossing 0,1 M H2SO4 in.</li>
	<li>Sluit de Schlenk-kolf aan op de wasoplossing en de met water gevulde omgekeerde cilinder.</li>
	<li>Stel de temperatuur van het waterbad in op 40 °C.</li>
	<li>Breng 0,04 g van de katalysator in de Schlenk-kolf.</li>
	<li>Bereid een oplossing van ammoniakboraan in water, met 0,04 g ammoniakboraan in 0,948 ml water (concentratie = 0,04 g·ml-1).</li>
	<li>Injecteer 1 ml van de NH3BH3-oplossing (40 mg·ml-1) in de reactor om de hydrolysereactie te starten.</li>
	<li>Controleer de daling van het waterniveau terwijl de reactie vordert. Noteer het productievolume zorgvuldig op aangegeven tijdstippen, bijvoorbeeld om de 5 s intervallen.</li>
	<li>Plot de grafiek van het volume van de H2-productie versus de tijd in minuten.</li>
</ol>4. Kinetische studies
<ol><li>Bepaling van de activeringsenergie<ol><li>Stel de waterbadtemperatuur in op 40 °C.</li>
		<li>Breng 0,04 g van de katalysator en 10 ml water in de Schlenk-kolf en dompel onder in het waterbad. Soniceer de oplossing op 40 kHz in een ultrasoon bad gedurende 6 minuten.</li>
		<li>Injecteer 1 ml van de NH3BH3-oplossing (40 mg·ml-1) in de reactor om de hydrolysereactie te starten.</li>
		<li>Noteer de tijd voor voltooiing van de waterstofafgifte.</li>
		<li>Herhaal stap 4.1.1-4.1.4 en stel de temperatuur van het waterbad in op 35 °C.</li>
		<li>Herhaal het bovenstaande experiment bij respectievelijk 30 °C en 25 °C.</li>
		<li>Zet de specifieke snelheidsconstante versus de tijd in een grafiek uit met behulp van de volgende vergelijking. Een plot van ln k en 1/T moet een rechte lijn opleveren. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62965/62965eq01.jpg"> waarbij ko de specifieke snelheidsconstante aanduidt (mol H2·g Co-1·min-1), R de ideale gasconstante (8,314 kJ·mol-1), T de reactietemperatuur (K) en A de pre-exponentiële factor (mol H2 g Co-1·min-1).</li>
	</ol></li>
	<li>Bepaling van de omloopfrequentie en specifieke waterstofgeneratiesnelheid<ol><li>Bereken de omzetfrequentie volgens de volgende vergelijking: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/62965/62965eq02.jpg"> waarbij nH2 de mol waterstof is die wordt geproduceerd, Δt de tijd is die nodig is voor volledige waterstofafgifte en nM de molaire hoeveelheid metaal in de katalysator.</li>
		<li>Bereken de specifieke waterstofgeneratiesnelheid volgens de volgende vergelijking42,43: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/62965/62965eq03.jpg"> Waar ΔVH2 het geproduceerde volume waterstof is, is t de tijd die nodig is voor de initiërende en stabiliserende fasen (bijvoorbeeld de tijd waarin 70 ml waterstof wordt gegenereerd voor 40 mg ammoniakboraan, de tijd waarin 140 ml waterstof gegenereerd voor 80 mg ammoniakboraan) en ωM de massa metaal in de katalysator is.</li>
	</ol></li>
	<li>Bepaling van de relatie tussen [ammoniakboraan] en de reactiesnelheid<ol><li>Stel de waterbadtemperatuur in op 40 °C.</li>
		<li>Breng 40 mg van de katalysator en 10 ml water in de Schlenk-kolf en dompel onder in het waterbad. Soniceer de oplossing op 40 kHz in een ultrasoon bad gedurende 6 minuten.</li>
		<li>Injecteer 1 ml van de NH3BH3-oplossing (40 mg·ml-1) in de reactor om de hydrolysereactie te starten.</li>
		<li>Noteer de tijd voor voltooiing van de waterstofafgifte.</li>
		<li>Herhaal stap 4.3.3 en injecteer 2 ml van de NH3 BH 3-oplossing(d.w.z. 80 mg per 2 ml) in de reactor om de hydrolysereactie te starten.</li>
		<li>Herhaal stap 4.3.1-4.3.4 met respectievelijk 0,5 ml en 0,25 ml van de NH3 BH 3-oplossing(40 mg/ml) om de tijd voor voltooiing van de waterstofafgifte te registreren.</li>
		<li>Bereken de reactiesnelheid volgens de volgende vergelijking44: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/62965/62965eq04.jpg"> waar ΔmlH2 het geproduceerde volume waterstof is, is Δt de tijd die nodig is voor 70 ml waterstofafgifte.</li>
		<li>Plot de ln-snelheid versus ln [ammoniakboraan] en bepaal de helling van de grafiek.</li>
	</ol></li>
	<li>Bepaling van de relatie tussen [katalysatoren] en productiesnelheid<ol><li>Stel de waterbadtemperatuur in op 40 °C.</li>
		<li>Breng 40 mg van de katalysator en 10 ml water in de Schlenk-kolf en dompel onder in het waterbad. Soniceer de oplossing op 40 kHz in een ultrasoon bad gedurende 6 minuten.</li>
		<li>Injecteer 1 ml van de NH3BH3-oplossing (40 mg·ml-1) in de reactor om de hydrolysereactie te starten.</li>
		<li>Noteer de tijd voor voltooiing van de waterstofafgifte.</li>
		<li>Herhaal stap 4.4.1-4.4.4, variërend van de hoeveelheid katalysator (20 mg, 40 mg, 60 mg, 80 mg) en injecteer 1 ml nh3 BH 3-oplossing(d.w.z. 40 mg·ml-1) in de reactor om de hydrolysereactie te starten.</li>
		<li>Noteer de tijd voor voltooiing van de waterstofafgifte voor het gebruik van de bovenstaande verschillende katalysatorhoeveelheden.</li>
		<li>Bereken de reactiesnelheid volgens de volgende vergelijking44: <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/62965/62965eq04.jpg"> waar ΔmlH2 het geproduceerde volume waterstof is, is Δt de tijd die nodig is voor 70 ml waterstofafgifte.</li>
		<li>Plot de ln rate vs. ln[catalyst] en bepaal de helling van de grafiek.</li>
	</ol></li>
</ol>5. Fietsprestatietest
<ol><li>Stel de waterbadtemperatuur in op 40 °C.</li>
	<li>Breng 0,04 g van de katalysator en 10 ml water in de Schlenk-kolf en dompel onder in het waterbad. Soniceer de oplossing op 40 kHz in een ultrasoon bad gedurende 6 minuten.</li>
	<li>Injecteer 1 ml van de NH3BH3-oplossing (40 mg·ml-1) in de reactor om de hydrolysereactie te starten.</li>
	<li>Noteer de tijd voor voltooiing van de waterstofafgifte.</li>
	<li>Filtreer de katalysator, drie keer gewassen met water (5 ml) en droog de katalysator vervolgens gedurende 3 uur in de oven (60 °C).</li>
	<li>Plaats de katalysator in 10 ml water en soniceer de oplossing op 40 kHz in een ultrasoon bad.</li>
	<li>Herhaal stap 5.1.3-5.1.5 tien keer.</li>
	<li>Plot respectievelijk het waterstofproductievolume, TOF en specifieke opwekkingssnelheid versus cycli.</li>
</ol>6. Uitlogingsexperiment voor metaal-NP's om zuiver metaal SA's CNT te verkrijgen
<ol><li>Stel de temperatuur van het oliebad in op 80 °C.</li>
	<li>Breng 0,15 g van de katalysator en 50 ml 0,5 M H2SO4 in de Schlenk-kolf en dompel in het oliebad.</li>
	<li>Roer de reactie gedurende 2 uur.</li>
	<li>Filtreer de vaste stof met behulp van een Buchner-trechter en was de vaste stof met gedeïoniseerd water (3x in 10 ml elk). Verdun het percolaat verder tot 250 ml in een maatkolf van 250 ml.</li>
	<li>Verzamel de metalen nanodeeltjes-uitgeloogde vaste stoffen (die alleen co-gedopeerde CNT bevatten) en droog op 60 °C in een oven.</li>
</ol>7. Bepaling van het metaalgehalte met behulp van inductief gekoppelde plasma optische emissiespectroscopie (ICP-OES)
<ol><li>Bepaling van het totale kobaltmetaalgehalte<ol><li>Breng ongeveer 0,02 g as-prepared katalysator uit sectie 2 in 50 ml 2 M zure oplossing (HCl: HNO3 = 3:1 molverhouding)45,46 in een polytetrafluorethyleengevoerde roestvrijstalen autoclaaf.</li>
		<li>Plaats de met polytetrafluorethyleen beklede container in de roestvrijstalen bom en zet de dop vast.</li>
		<li>Plaats de bom in een oven, stel de temperatuur in op 180 °C en verwarm de bom gedurende 12 uur.</li>
		<li>Verwijder de bom en leeg de inhoud. Filtreer de vaste stof en verdun de opgeloste stof in een maatkolf van 250 ml met 200 ml gedeïoniseerd water. OPMERKING: Het doel van de verdunning is om de concentratie van de ICP-monsters aan te passen, die past in het standaardconcentratiebereik van metaal, d.w.z. 0-40 ppm.</li>
		<li>Voer de ICP-OES-test van de oplossing uit en bereken de totale hoeveelheid Co in wt%.</li>
	</ol></li>
	<li>Bepaling van het kobaltatomengehalte op het CNT<ol><li>Breng ongeveer 0,02 g as-prepared katalysator uit stap 6,5 in 50 ml zuuroplossing van 2 M (HCl: HNO3 = 3:1 molverhouding)45,46 in een met polytetrafluorethyleen beklede roestvrijstalen autoclaaf.</li>
		<li>Plaats de met polytetrafluorethyleen beklede container in de roestvrijstalen bom en zet de dop vast.</li>
		<li>Plaats de bom in een oven, stel de temperatuur in op 180 °C en verwarm de bom gedurende 12 uur.</li>
		<li>Verwijder de bom en leeg de inhoud. Filtreer de vaste stof en verdun de opgeloste stof in een maatkolf van 250 ml met 200 ml gedeïoniseerd water. OPMERKING: Het doel van de verdunning is om de concentratie van de ICP-monsters aan te passen, die past in het standaardconcentratiebereik van metaal, d.w.z. 0-40 ppm.</li>
		<li>Voer de ICP-OES-test van de oplossing uit en bereken de hoeveelheid Co-atoomgehalte in wt%.</li>
	</ol></li>
	<li>Bepaling van het gehalte aan kobaltnanodeeltjes (NP's)<ol><li>Het verschil tussen het metaalgehalte van 7,1,5 en 7,2,5 is het wt% van de Co NP's.</li>
	</ol></li>
</ol>

We hebben niets te onthullen.

De pyrolysemethode is een van de krachtige strategieën geworden bij de synthese van eendimensionaal nanomateriaal op verschillende heteroatom-gedopeerde vaste dragers met gecontroleerde groottes van NP's. De pyrolysestrategie met beperkte nanoruimte werd bijvoorbeeld gerapporteerd door Guo et al.56. Kortom, de voorbehandelde MWCNT's, kobalt- en fosforprecursoren werden pyrolyse bij 800 °C onder N2-atmosfeer en de CoP NP's die op N-CNT worden ondersteund, kunnen worden verkregen. De aanw...

De ontwikkeling van goedkope en zeer efficiënte katalysatoren voor de productie van hernieuwbare energie blijft een van de meest kritieke en uitdagende problemen om de energiecrisis te verlichten. Het is echter verre van praktische toepassingen vanwege verschillende zorgen, zoals grootschalige productiemethoden met betrouwbare prestaties, hoge productiekosten en langdurige stabiliteit om de levensduur van katalysatoren te verlengen. Industriële sectoren, zoals transport en logistiek, vereisen energieproductie voor voertuigen en apparatuur met lange bedrijfsuren, krachtige energievoorziening en minimale tanktijd om efficiënte activiteiten te bereiken 1,2,3. Daarom zijn effectieve strategieën op grote schaal benut om de bovenstaande technische uitdagingen aan te pakken. Bijvoorbeeld door de elektronische structuur van de metaalactieve locaties en katalysatorsteunen te reguleren, de specifieke architectuur van de metalen nanokatalysatoren te ontwerpen, metaalsamenstellingen te verfijnen, functionele groepsmodificatie van verankerde ondersteuning en de morfologie te variëren om het aantal intrinsieke actieve sites te vergroten. In de afgelopen decennia hebben nanodeeltjes (NP's) de velden van verschillende heterogene katalyse gedomineerd en de katalytische activiteiten kunnen effectief worden afgestemd door de grootte van de NP's te variëren. Pas in de afgelopen jaren bleken sterk verspreide single-atom katalysatoren (SIC's) uitstekende eigenschappen te hebben voor veel katalytische reacties vanwege hun unieke elektronische structuur en coördinatieomgeving. Met name de SIC's hebben al superieure prestaties laten zien op het gebied van energieomzetting, zoals elektrochemische reacties (HER, ORR, OER) en elektrochemische energiesystemen (bijv. supercondensatoren, oplaadbare batterijen)4,5,6. Hoewel zowel NP's als SB's hun respectieve voordelen en beperkingen hebben in katalytische toepassingen, bestaan er reacties die zowel NP's als SIC's vereisen om de katalytische reactiviteit te stimuleren. Ru NP's ondersteund op Ni- en N-co-gedopeerde koolstof nanobuis bovenbouw kunnen bijvoorbeeld de hoge katalytische natte luchtoxidatie van azijnzuur7 vergemakkelijken. Dit synergetische effect werd ook aangetoond door Pd1+NP's/TiO2-katalysatoren voor zeer selectieve keton- en aldehydenhydrogenering bij kamertemperatuur8. Om het veld van synergetische NP's en SACs-katalyse te versnellen en meer te onderzoeken over hun katalytische toepassingen, is een gemakkelijke manier van katalysatorsynthese zeer wenselijk, en de introductie van hoge belastingen van de atomair verspreide actieve site blijft een uitdaging vanwege de hoge tendens van de aggregatie van SLC's9.
Verschillende methoden zijn gebruikt om SIC's te synthetiseren voor toepassingen in de hydrogenering van nitroarenen10, zuurstofreductiereactie en waterstofevolutiereactie 11,12, lithium-zuurstofbatterijen13. De meest voorkomende strategie is de bottom-up benadering, waarbij de metaalprecursoren werden geabsorbeerd, verminderd en geïmmobiliseerd op de defecten van de bijbehorende ondersteuning. Mononucleaire metaalcomplexen kunnen ook eerst worden bevestigd aan de functionele groep steunen, gevolgd door daaropvolgende verwijdering van de organische liganden, waardoor actieve metaallocaties voor het katalytische proces worden gecreëerd. Atomaire laagafzetting (ALD) is waarschijnlijk de meest gebruikte procedure voor bottom-up fabricage door een dunne laag film op het substraat te deponeren met herhaalde blootstelling van reactanten. Hoewel de grootte van de katalysator nauwkeurig kon worden geregeld en de reactiviteit sterk kon worden verbeterd14, was de zuiverheid van het substraat nogal veeleisend en was de metaalbelasting relatief laag, wat resulteerde in hoge productiekosten voor praktische toepassingen. Verschillende methoden zoals directe impregnatie, co-precipitatie en depositie-precipitatie, zijn gebruikt om metalen nanodeeltjes op de ondersteuningsoppervlakken te immobiliseren, zoals metaaloxide en nitride, door middel van oppervlakteladingseffecten. Toenemende metaalbelasting leidt echter meestal tot aanzienlijke agglomeratie en clustervorming van de metaalatomen of nanodeeltjes. Daarom is meestal een zeer verdunde metaaloplossing vereist, wat leidt tot lage SACs-belasting van de katalysatoren15. Amineliganden zoals fenanthroline zijn gebruikt om pyrolyse te ondergaan met metaalprecursoren om atomair gedispergeerde metaalkatalysatoren te bereiden met zeer actieve Co-Nx actieve locaties voor de selectieve dehydrogenatie van mierenzuur. De metaalbelasting was echter relatief laag (2-3 wt%) vanwege het beperkte aantal beschikbare N-atomen in de amineprecursoren16.
In de afgelopen decennia is waterstof beschouwd als een potentieel alternatief om fossiele brandstoffen of koolwaterstoffen, zoals steenkool, aardgas en benzine, te vervangen, vanwege het voordeel van nul-emissie van de eerste. Tot nu toe wordt ongeveer 94% van de commerciële waterstof nog steeds geproduceerd uit het hervormingsproces van fossiele brandstoffen, waarbij bij het proces veel broeikasgas vrijkomt.17. Daarom is waterstofproductie uit hernieuwbare bronnen zoals waterelektrolyse een manier om het probleem van uitgeputte fossiele hulpbronnen en ernstige koolstofemissies op te lossen. De lage waterstofproductie-efficiëntie heeft echter hun bredere toepassingen belemmerd. Om deze kinetische energiebarrière voor watersplitsing te overwinnen, zijn er in het afgelopen decennium tal van efficiënte elektrokatalysatoren ontdekt.18. Een ander probleem is het opslagprobleem als gevolg van het gasvormige en explosieve karakter van waterstofgas onder omgevingsomstandigheden. Fysische opslagmethoden zoals compressie vereisen dat de waterstof tot 700-800 bar wordt gecomprimeerd en cryogene opslag door liquefactie vereist een lage temperatuur bij -253 °C19. Hoewel gecommercialiseerde waterstofbrandstofcel-aangedreven voertuigen met succes zijn gedemonstreerd, moet het opslagprobleem nog worden opgelost als de technologie moet worden gebruikt in bredere toepassingen, zoals miniatuurapparaten en mini-brandstofcellen. Opslagmethoden voor het gebruik van chemische H-materialen zijn dus een van de hete aandachtspunten geweest in onderzoek naar waterstofenergie. Enkele voorbeelden van chemische H-opslagmaterialen zijn ammoniakboraat (AB)20, mierenzuur (FA)21, ammoniakgas22, natrium alanaat23, en magnesiumhydride24. Onder deze heeft AB een laag molecuulgewicht (30,7 g·mol-1), hoge gravimetrische en volumetrische dichtheden (196 gH2·kg-1 en 146 gH2· L-1, respectievelijk). Bovendien is het een lucht- en vochtstabiele verbinding, niet-toxisch en zeer oplosbaar in water. Metalen nanodeeltjes op verschillende ondersteunde materialen zijn op grote schaal gebruikt om de drie equivalenten van waterstof uit AB vrij te maken, zoals op platina (Pt-), palladium - (Pd-), ruthenium - (Ru-), kobalt - (Co-) en nikkel - (Ni-) gebaseerde katalysatoren. Co-gebaseerde heterogene katalysatoren die op koolstofmaterialen worden ondersteund, trekken vooral veel aandacht vanwege hun lage kosten, hoge overvloed en gemak van terugwinning. Er zijn verschillende synthetische strategieën gemeld, zoals de Co NP's die worden ondersteund op vertakte polyethylenimine-versierde grafeenoxide25. De 3D-structuur met een groot oppervlak zorgt voor de stabilisatie van Co NP's die op het 2-3 nm-groottebereik blijven en voorkwam de aggregatie van NP's. Een andere strategie is om N-gedopeerde koolstofmaterialen te gebruiken om Co NP's met kleine afmetingen te ondersteunen. Co(salen) gebruiken26 en Co-MOF27 (metaal organisch raamwerk) als precursoren zijn co-NP's van respectievelijk 9,0 nm en 3,5 nm ondersteund op N-gedopeerde poreuze koolstofmaterialen bereid. De stabiliteit ten opzichte van AB-hydrolyse is hoog en de reactiviteit kan meer dan 95% van de initiële activiteit behouden na 10 reactieruns. Onlangs zijn katalysatoren met holle micro/nanostructuren gebruikt voor AB-hydrolyse. Deze materialen worden conventioneel bereid door hydrothermale methoden en zijn op grote schaal gebruikt voor lithium-ionbatterijen, supercondensatoren, chemische sensoren en heterogeen katalyseonderzoek. Zo is de koper-kobalt synergie naar AB hydrolyse aangetoond door de holle CuMoO4-CoMoO428, die een hoge TOF van 104,7 min-1. Andere sterk structureel afhankelijke voorbeelden zijn de core-shell CuO-NiO/Co3O429, de CoxCu1−xCo2O4@CoyCu1−yCo2O4 dooier-shell type30, en de Ni0.4Cu0.6Co2O4 Nanoarrays31 bleken ook actief te zijn in de richting van AB-hydrolyse. Een ander type opkomende materialen dat bekend staat als heterogestructureerde katalysatoren, zoals MXenen en gelaagde dubbele hydroxiden (LDO's), worden in toenemende mate gebruikt voor elektrokatalytische en fotokatalytische reacties32,33,34,35. Deze materialen zoals de NiFe-gelaagde dubbele hydroxide36,37 en de CoB-N-materialen met N-gedopeerde koolstof-kobaltboride heterointerfaces38 zijn vooral actief voor zuurstofevolutie en reductiereactie. In principe zouden ze verder kunnen worden gebruikt voor waterstofevolutiereacties van waterstofopslagmaterialen zoals ammoniakboraan39. Het maximaliseren van de interactie tussen de katalysatoren en substraten is ook een andere strategie voor AB-hydrolyse. Chiang et al. hebben de oppervlakteoxidegroep van grafeenoxide gebruikt om een geïnitieerde complexe soort met AB te vormen40, dus Ni0.8Pt0.2/GO en rGO vertoonden een uitstekende reactiviteit ten opzichte van AB-hydrolyse. Het gebruik van α-MoC als ondersteuning voor Co- en Ni-bimetaalkatalysatoren hielp bij de activering van watermoleculen en bereikte een hoge TOF voor AB-hydrolyse, wat vier keer hoger is dan de commerciële Pt / C-katalysator41.
Gebruikmakend van het hoge N-gehalte van de dicyaandiamide en gerelateerde C3N4-materialen , wordt hierin een protocol gepresenteerd voor het bereiken van een gemakkelijke synthese van kobalt-NP's die worden ondersteund op sterk gedispergeerde Co- en N-gedopeerde koolstofnanobuisjes. De geleidelijke in-situ vorming van Co NP's uit de gevormde atomair gedispergeerde Co tijdens de pyrolyse van C3N4 materialen zorgen ervoor dat 1) Co NP's en Co-dopants sterk verspreid zijn; 2) Co NP's kunnen sterk worden verankerd op de gedopeerde koolstofsteunen en 3) De grootte van de Co NP's kan zorgvuldig worden geregeld door de temperatuur en tijd van de pyrolyse. De as-prepared Co/Co-N-CNT, als gevolg van de sterk verankerde Co NP's en het vermogen van de Co-dopants om de adsorptie-energie van watermoleculen te verlagen, bleek een superieure stabiliteit te hebben ten opzichte van de hydrolyse van AB voor waterstofproductie. De details van het synthetische protocol van de katalysatoren en de meting van de waterstofproductie zullen centraal staan in dit rapport.

<table><tbody><tr><td>Dicyandiamide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D76609</td><td></td></tr><tr><td>Borane-ammoniakcomplex</td><td>Aladdin</td><td>B131882-100g</td><td></td></tr><tr><td>Citroenzuur, 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>C0759</td><td></td></tr><tr><td>Cobalt metaal standaardoplossing, traceerbaar naar SRM van NIST Co(NO3)2) in HNO3 0,5 mol/l 1000 mg/l Co Certipur</td><td>Sigma Aldrich</td><td>1.19785</td><td></td></tr><tr><td>Cobalt(II) acetylacetonaat, &ge; 99%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>727970</td><td></td></tr><tr><td>Zoutzuur, ACS reagens</td><td>Sigma Aldrich</td><td>320331-2.5L</td><td></td></tr><tr><td>ICP-OES</td><td></td><td></td><td>ICP-OES met dichroische spectraalcombinateur (Agilent 5110)</td></tr><tr><td>Muffleoven</td><td></td><td></td><td>High Performance Hybrid Muffleoven, Kamer: (360 x 250 x 320) mm, Exterieur: (610 x 545 x 500) mm, Vermogen(3100W), Vulcan 3-1750)</td></tr><tr><td>Salpeterzuur, puriss. p.a., 65,0-67,0%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>84378</td><td></td></tr><tr><td>Zwavelzuur, ACS reagens 95-98%</td><td>Sigma Aldrich</td><td>258105</td><td></td></tr><tr><td>Buisvormige oven</td><td></td><td></td><td>OTF-1200X met buisgrootte van 60 mm buitendiameter (Hefei Kejing)</td></tr><tr><td>Ultrasoonbad</td><td></td><td></td><td>10L Digital Single Frequency 40 kHz Ultrasoonreiniger (Biobase)</td></tr></tbody></table>

synthese van metalen nanodeeltjes ondersteund op koolstofnanobuis met gedopeerde co- en n-atomen en de katalytische toepassingen ervan bij waterstofproductie

Synthesis of Metal Nanoparticles Supported on Carbon Nanotube with Doped Co and N Atoms and its Catalytic Applications in Hydrogen Production

Een methode voor gemakkelijke synthese van nanogestructureerde katalysatoren ondersteund op koolstofnanobuisjes met atomair gedispergeerd kobalt en stikstof dopant wordt hierin gepresenteerd. De nieuwe strategie is gebaseerd op een gemakkelijke eenpotpyrolysebehandeling van kobalt (II) acetylacetonate en stikstofrijke organische precursoren onder Ar-atmosfeer bij 800 ° C, resulterend in de vorming van Co- en N- co-gedopeerde koolstofnanobuis met regenwormachtige morfologie. De verkregen katalysator bleek een hoge dichtheid van defecte locaties te hebben, zoals bevestigd door Raman-spectroscopie. Hier werden kobalt (II) nanodeeltjes gestabiliseerd op de atomair gedispergeerde kobalt- en stikstof-gedopeerde koolstofnanobuisjes. De katalysator bleek effectief te zijn in de katalytische hydrolyse van ammoniakboraan, waarbij de omzetfrequentie 5,87 mol H2·mol Co-1·min-1 was, en de specifieke waterstofgeneratiesnelheid werd bepaald op 2447 ml H2·g Co-1·min-1. Een synergetische functie tussen het co-nanodeeltje en de gedopeerde koolstofnanobuisjes werd voor het eerst voorgesteld in de katalytische hydrolyse van ammoniakboraanreactie onder een milde conditie. De resulterende waterstofproductie met zijn hoge energiedichtheid en minimale tanktijd zou geschikt kunnen zijn voor toekomstige ontwikkeling als energiebronnen voor mobiele en stationaire toepassingen zoals wegwagens en vorkheftrucks in transport en logistiek.

Röntgendiffractiepatronen (XRD) zijn verkregen om de kristalliniteit en grootte van de kobalt-NP's te bepalen. Zoals te zien is in figuur 1, waren diffractiepieken die overeenkomen met de (111), (200) en (220) vliegtuigen (respectievelijk bij 2θ van 44,2°, 51,5° en 75,8°) van de kubieke fase van metallisch kobalt aanwezig in overeenstemming met het vermogensdiffractiebestand van JCPDS (Joint Committee for Powder Diffraction Standards) (kaart # 15-0806)47. De brede pie...

Hier presenteren we een protocol om co-nanodeeltjes te synthetiseren die worden ondersteund op koolstofnanobuisjes met co- en n-dopants voor waterstofproducties.

Synthese van metalen nanodeeltjes ondersteund op koolstofnanobuis met gedopeerde co- en N-atomen en de katalytische toepassingen ervan bij waterstofproductie

A method for facile synthesis of nanostructured catalysts supported on carbon nanotubes with atomically dispersed cobalt and nitrogen dopant is presented ...

Dit protocol gaat over het ontwikkelen van goedkope en zeer efficiënte katalysatoren met betrouwbare prestaties en langdurige stabiliteit. De ontwikkelde katalysator kan worden gebruikt voor de productie van hernieuwbare energie en kan zelfs het probleem van de energiecrisis oplossen. Het voordeel van deze studie is om zowel deeltjes- als atomair dispergeeraal metaalatomen op dezelfde katalysatorsteunen te construeren, die synergetisch kunnen werken voor bepaalde soorten katalysatorreacties.Bij het verkennen van het potentieel van hernieuwbare energie voor voertuigen om te voldoen aan toekomstige regelgevings- en duurzaamheidsbehoeften, heeft de snelle ontwikkeling van waterstofbrandstofcellen en -voertuigen en andere gerelateerde gebieden de vooruitgang van waterstofenergietechnologie effectief bevorderd. Het doel van dit onderzoek is dus om een nieuw prototype van een waterstof aangedreven brandstofcel te ontwikkelen met behulp van vaste waterstofopslagmaterialen voor hernieuwbare energie voor gebruik in verschillende sectoren zoals transport, logistiek, enzovoort. Begin met het wegen van 280 gram diacid en diamide in een bekerglas van 800 milliliter.Plaats het bekerglas vervolge

synthesis-metal-nanoparticles-supported-on-carbon-nanotube-with-doped

Research

JoVE Journal

Chemistry

Scheikunde

We bespraken de synthese van individuele grafitische nanocups behulp van een reeks van technieken, waaronder chemische damp depositie, zuur oxidatie en probe-tip ultrasoonapparaat. Door citraat vermindering van...

Synthese en functionalisering van stikstof-gedoteerde koolstof nanobuis Kopjes met Gold Nanodeeltjes als Cork Stoppers

Een “verwijderbare keramische coatingmethode” wordt in visuele vorm gepresenteerd voor de synthese van niet-gesinterde en metaal-getermineerde monometallische en bimetallische vroege overgangsmetaalcarbide en -nitride nanodeeltjes met instelbare grootten en kristalstructuren.

Reverse-micro-emulsie gemedieerde synthese van monometallische en bimetaal Vroege Transition Metal Carbide en nitride Nanodeeltjes

De studie van methoden om op aanvraag waterstof te genereren voor brandstofcellen blijft in belang toenemen. Systemen om de evolutie van waterstof uit de reactie van chemicaliën met water te meten, kunnen echter ingewikkeld en duur zijn. Dit artikel beschrijft een eenvoudige, goedkope en robuuste methode om de evolutie van waterstofgas te meten.

Een eenvoudige, low-cost, en robuust systeem om het volume van Hydrogen Evolved door chemische reacties met waterige oplossingen Meet

Een handige methode voor de synthese van 2 nm ondersteunde bimetale nanoparticle Pt-Cu katalysatoren voor propaan dehydrogenering wordt hier vermeld. In situ synchrotron röntgen technieken maken het mogelijk om de katalysatorstructuur vast te stellen, die typisch onbereikbaar is met behulp van laboratoriuminstrumenten.

Synthese en testen van ondersteunde Pt-Cu vaste oplossing Nanoparticle Catalysts voor Propa Dehydrogenation

Het protocol beschrijft de synthese en de elektrochemische testen van platina-nikkel nanowires. Nanowires werden gesynthetiseerd door de galvanische verplaatsing van een nikkel nanowire sjabloon. Na synthese verwerking, met inbegrip van waterstof gloeien, zuur uitloging en zuurstof gloeien werden gebruikt voor het optimaliseren van nanowire prestaties en duurzaamheid in de reactie van de vermindering van zuurstof.

Synthese van Platinum-nikkel Nanowires en optimalisatie voor zuurstof vermindering van prestaties

Een protocol voor de synthese van spons-achtig en vouw-achtige Ni1-xNbxO nanodeeltjes door chemische neerslag wordt gepresenteerd.

Chemische neerslag methode voor de synthese van Nb2O5 bewerkt Bulk nikkel katalysatoren met hoge specifieke oppervlakte

Hier presenteren we een protocol voor de synthese en elektrochemische testen van overgangsmetalen enkele atomen gecoördineerd grafeen vacatures als actieve centra voor selectieve kooldioxide te beperken tot controle van de koolmonoxide in waterige oplossingen.

Synthese and Characterizations van de prestaties van overgangsmetalen enkel atoom katalysator voor elektrochemische CO2 reductie

Voor een continue en schaalbare synthese van edel metaal-gebaseerde nanocomposieten, een nieuwe fotokatalytische reactoren is ontwikkeld en haar structuur, werking beginselen en product kwaliteit optimalisatie strategieën worden beschreven.

Een continue-stroom fotokatalytische Reactor voor de juist gecontroleerde afzetting van metalen nanodeeltjes

Een protocol voor de synthese van HNbWO6, hnbmoo6, htawo6 Solid acid nano Sheet gemodificeerde PT/CNTS wordt gepresenteerd.

Tuning van de zuurgraad van PT/CNTs katalysatoren voor Hydrodeoxygenatie van difenyl ether

Dit protocol toont een handige methode voor het vergelijken van de katalytische eigenschappen van ondersteunde platinakatalysatoren, gesynthetiseerd door afzetting van nanosized colloïden of door impregnatie. De hydrogenering van cyclohexeen dient als een modelreactie om de katalytische activiteit van de katalysatoren te bepalen.

Katalytische reacties bij amine-gestabiliseerde en ligandvrije platina nanodeeltjes ondersteund op Titania tijdens hydrogenering van alkenen en aldehyden

Dit protocol vormt de leidraad voor de fabricage en elektrochemische analyse van MXene-ondersteunde CuZn- en NiCo-bimetaalelektrokatalysatoren voor de productie van groene brandstof uit kooldioxide en water met behulp van zonne-energie.

Productie van elektrochemische groene brandstof op zonne-energie uit CO2 en water met behulp van Ti3C2T x MXene-ondersteunde CuZn- en NiCo-katalysatoren

Leer de synthese van Co-nanodeeltjes op koolstofnanobuis met Co- en N-dopanten voor waterstofproductie. Deze methode biedt een kostenefficiënte en stabiele katalysator voor hernieuwbare energietoepassingen.

Synthese van metalen nanodeeltjes ondersteund op koolstofnanobuis met gedopeerde co- en N-atomen en de katalytische toepassingen ervan bij waterstofproductie (Video) | JoVE Journal

Synthese van metalen nanodeeltjes ondersteund op koolstofnanobuis met gedopeerde co- en N-atomen en de katalytische toepassingen ervan bij waterstofproductie

Meer video's verkennen