Name: Synteza i wydajność katalityczna złota interkalowanego w ściankach mezoporowatej krzemionki (Wideo) | JoVE Journal
Uploaded: 2015-07-09T14:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 2 s
Description: Poznaj metodę syntezy materiałów katalitycznych z nanozłotem interkalowanym w ściankach mezoporowej krzemionki. Proces sol-gel zapewnia precyzyjną kontrolę struktury i wysoką stabilność termiczną.

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

Autorzy dziękują Narodowej Fundacji Nauki za grant CHE-1214068 za wsparcie tego projektu badawczego.

1. Przygotowanie GMS
<ol>
	<li>Użyj wszystkich chemikaliów w poniższym procesie, tak jak otrzymano.</li>
	<li>Przygotować 75 ml 2 M roztworu kwasu solnego (HCl). Odważyć 2,0 g poli(glikolu etylenowego)-bloku-poli(glikolu propylenowego)-bloku-poli(glikolu etylenowego) (P123, MW = 5,800) i przenieść do przygotowanych 75 ml 2 M roztworu HCl. W temperaturze pokojowej należy zastosować mieszanie magnetyczne do roztworu z prędkością 350 obr/min, aż do całkowitego rozpuszczenia P123. Rozwiązanie będzie jasne.</li>
	<li>Odważyć 4 g tetraetoksysilanu (TEOS, MW = 208,33) w małej fiolce i przenieść 180 μl bis[3-(trietoksysililo)propylo]-tetrasiarczku (TESPTS, MW = 538,94) do fiolki. Powoli wstrząsnąć fiolką, aby wymieszać dwie substancje chemiczne. W innej fiolce odważyć 38 mg kwasu chloroaurowego (HAuCl4, 99,90%) i rozpuścić w 1 ml wody DI.</li>
	<li>Zwiększyć temperaturę roztworu P123 do 35 °C w kąpieli olejowej z temperaturą kontrolowaną przez termoparę.</li>
	<li>Dodać całą mieszaninę TEOS i TESPTS przygotowaną w kroku 1.3 do roztworu P123 i utrzymywać roztwór w energicznym mieszaniu magnetycznym z prędkością 700 obr/min. Utrzymywać roztwór mieszając przez 2 minuty, a następnie dodać kroplami cały roztwór HAuCl4 przygotowany w kroku 1.3 w ciągu 30 sekund.</li>
	<li>Utrzymywać roztwór mieszając z prędkością 700 obr/min przez 24 godziny w temperaturze 35 °C.</li>
	<li>Po 24 godzinach przenieść roztwór do szczelnie zamkniętej butelki i przechowywać w piekarniku nastawionym na 100 °C przez 72 godziny. Nazywa się to przetwarzaniem hydrotermalnym.</li>
	<li>Po przetworzeniu hydrotermalnym przefiltruj roztwór bibułą filtracyjną #1 i podciśnieniem pod lejkiem, a następnie przemyj dwukrotnie wodą i trzykrotnie etanolem, aby usunąć pozostały HCl. Podczas każdego procesu prania dodaj wodę lub etanol 1 cm powyżej ciała stałego i poczekaj, aż materiał wyschnie.</li>
	<li>Przenieść wytrącanie z filtracji do tygla ceramicznego i kalcynować w temperaturze 550 °C przez 4 godziny. Ustawić program narastania w następujący sposób: od 25 °C do 550 °C przez 2 godziny, utrzymywać w temperaturze 550 °C przez 4 godziny, a następnie pozostawić próbkę w piecu z zamkniętymi drzwiczkami, aż temperatura spadnie poniżej 40 °C.</li>
	<li>Po kalcynacji przenieść produkt do szklanej fiolki za pomocą plastikowej szpatułki. Zsyntetyzowany materiał ma kolor czerwony.</li>
</ol>
2. Reakcja katalityczna, utlenianie alkoholu benzylowego
<ol>
	<li>Ponieważ utlenianie alkoholu benzylowego jest reakcją w fazie ciekłej bez oddzielnego rozpuszczalnika, odmierz 5 ml alkoholu benzylowego (99,8%) i przenieś go do kolby z trzema szyjkami o pojemności 25 ml, a następnie zważyć 10 mg katalizatora GMS i dodać do alkoholu benzylowego.</li>
	<li>Ustawić kąpiel olejową o kontrolowanej temperaturze z mieszaniem magnetycznym, aby zapewnić dokładną i równomierną kontrolę temperatury reakcji.</li>
	<li>Umieścić kolbę z alkoholem benzylowym i katalizatorem w łaźni olejowej, następnie ustawić temperaturę na 100 °C i mieszać z prędkością 150 obr/min.</li>
	<li>Przepływ tlenu gazowego o czystości 99,9% do kolby z prędkością 2 ml/min kontrolowaną przez regulator przepływu masowego.</li>
	<li>Gdy temperatura kąpieli olejowej osiągnie 100 °C i ustabilizuje się, wprowadzić tlen gazowy do kolby z trzema szyjkami.</li>
	<li>Utrzymuj stałe natężenie przepływu tlenu i temperaturę i pozwól reakcji postępować przez 6 godzin.</li>
	<li>Po reakcji przefiltrować produkt bibułą filtracyjną #1. Zebrać fazę ciekłą i przenieść podwielokrotność do fiolki do chromatografii gazowej (GC). W fiolce GC wymieszać cztery części kwasu octowego klasy HPLC na każdą jedną część próbki (na przykład użyć 36 μl próbki i 144 μl kwasu octowego). Umieścić fiolkę na automatycznym próbniku chromatografu gazowego w celu analizy. Zmyć stały osad z bibuły filtracyjnej wodą DI i etanolem, a następnie pozostawić do wyschnięcia na powietrzu. Zebrać wysuszone ciało stałe za pomocą szpatułki jako katalizator z recyklingu.</li>
	<li>Powtórzyć tę samą procedurę doświadczalną od kroku 2.3 do 2.7 z katalizatorem pochodzącym z recyklingu trzy razy. W każdym powtórzeniu dostosuj ilość alkoholu benzylowego, aby dopasować ją do proporcji opisanej w kroku 2.2.</li>
</ol>
3. Obróbka termiczna GMS w celu badania stabilności termicznej
<ol>
	<li>Zważyć trzy oddzielne porcje 300 mg zsyntetyzowanego GMS i przechowywać je w szklanych fiolkach. Są one oznaczone jako partia 1, partia 2 i partia 3. Zachowaj partię 1 jako grupę kontrolną, a partię 2 i partię 3 włóż do pieca do obróbki termicznej.</li>
	<li>Zaprogramować piec w następujący sposób do przetwarzania w temperaturze 400 °C: zwiększyć temperaturę z 25 °C do 400 °C w ciągu 0,5 godziny, utrzymać w temperaturze 400 °C przez 4 godziny, pozostawić próbkę do pozostania w piecu z zamkniętymi drzwiczkami do momentu, gdy temperatura spadnie poniżej 40 °C. Umieścić partię 2 w tyglu i uruchomić program.</li>
	<li>Zaprogramować piec w następujący sposób do przetwarzania w temperaturze 650 °C: zwiększyć temperaturę z 25 °C do 650 °C w ciągu 0,75 godziny, utrzymać w temperaturze 650 °C przez 4 godziny, pozostawić próbkę do pozostania w piecu z zamkniętymi drzwiczkami, aż temperatura spadnie poniżej 40 °C. Umieścić partię 3 w tyglu i uruchomić program.</li>
</ol>
4. Charakterystyka materiałów GMS21,22
<ol>
	<li>Na przyrządzie do fizsorpcji odgazowuje materiały GMS za pomocą następującego programu: 90 °C przez 60 minut, a następnie 350 °C przez 480 min. Przeprowadzić pełną analizę izotermy na odgazowanych materiałach, aby uzyskać dane fizysorpcji.</li>
	<li>Rozproszyć próbkę GMS na dziurawej siatce węglowej TEM o oczkach 200 i obserwować próbkę pod transmisyjnym mikroskopem elektronowym. Ogranicz powiększenie poniżej 44 000x, aby chronić materiał.</li>
	<li>Uruchom XRD z promieniowaniem Cu Kα (λ = 1,5418 A). Ustaw napięcie lampy na 45 kV i prąd lampy na 40 mA. Zbieraj intensywność w zakresie 2θ od 10° do 90° z krokiem 0,008° i czasem pomiaru 5 sekund na każdym kroku.</li>
</ol>

<ol><li>Liguras, D. K., Kondarides, D. I., Verykios, X. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Production+of+hydrogen+for+fuel+cells+by+steam+reforming+of+ethanol+over+supported+noble+metal+catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Catal.+B-Environ%22%5BJournal%5D)">Production of hydrogen for fuel cells by steam reforming of ethanol over supported noble metal catalysts.</a> Appl. Catal. B-Environ. 43 (4), 345-354 (2003).</li>
<li>Gelin, P., Primet, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Complete+oxidation+of+methane+at+low+temperature+over+noble+metal+based+catalysts%3A+a+review%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Catal.+B-Environ%22%5BJournal%5D)">Complete oxidation of methane at low temperature over noble metal based catalysts: a review.</a> Appl. Catal. B-Environ. 39 (1), 1-37 (2002).</li>
<li>Lu, S. F., Pan, J., Huang, A. B., Zhuang, L., Lu, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Alkaline+polymer+electrolyte+fuel+cells+completely+free+from+noble+metal+catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Proc.+Natl.+Acad.+Sci.+U.+S.+A%22%5BJournal%5D)">Alkaline polymer electrolyte fuel cells completely free from noble metal catalysts.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105 (52), 20611-20614 (2008).</li>
<li>Ma, C. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalytic+oxidation+of+benzyl+alcohol+on+Au+or+Au%E2%80%93Pd+nanoparticles+confined+in+mesoporous+silica%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Catalysis+B%3A+Environmental%22%5BJournal%5D)">Catalytic oxidation of benzyl alcohol on Au or Au–Pd nanoparticles confined in mesoporous silica.</a> Applied Catalysis B: Environmental. 92 (1-2), 202-208 (2009).</li>
<li>Bamwenda, G. R., Tsubota, S., Nakamura, T., Haruta, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+influence+of+the+preparation+methods+on+the+catalytic+activity+of+platinum+and+gold+supported+on+TiO2+for+CO+oxidation%5BTitle%5D)+AND+%22Catalysis+Letters%22%5BJournal%5D)">The influence of the preparation methods on the catalytic activity of platinum and gold supported on TiO2 for CO oxidation.</a> Catalysis Letters. 44 (1-2), 83-87 (1997).</li>
<li>Brown, K. R., Walter, D. G., Natan, M. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Seeding+of+colloidal+Au+nanoparticle+solutions.+2%5BTitle%5D)+AND+%22Improved+control+of+particle+size%22%5BJournal%5D)">Seeding of colloidal Au nanoparticle solutions. 2.</a> Improved control of particle size. 12 (2), 306-313 (2000).</li>
<li>Niesz, K., Grass, M., Somorjai, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Precise+control+of+the+Pt+nanoparticle+size+by+seeded+growth+using+EO13PO30EO13+triblock+copolymers+as+protective+agents%5BTitle%5D)+AND+%22Nano+Lett%22%5BJournal%5D)">Precise control of the Pt nanoparticle size by seeded growth using EO13PO30EO13 triblock copolymers as protective agents.</a> Nano Lett. 5 (11), 2238-2240 (2005).</li>
<li>Yuranov, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Pd%2FSiO2+catalysts%3A+synthesis+of+Pd+nanoparticles+with+the+controlled+size+in+mesoporous+silicas%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Mol.+Catal.+A-Chem%22%5BJournal%5D)">Pd/SiO2 catalysts: synthesis of Pd nanoparticles with the controlled size in mesoporous silicas.</a> J. Mol. Catal. A-Chem. 192, 1-2 (2003).</li>
<li>Brinas, R. P., Hu, M. H., Qian, L. P., Lymar, E. S., Hainfeld, J. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Gold+nanoparticle+size+controlled+by+polymeric+Au%28I%29+thiolate+precursor+size%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Gold nanoparticle size controlled by polymeric Au(I) thiolate precursor size.</a> J. Am. Chem. Soc. 130 (3), 975-982 (2008).</li>
<li>Zhu, H. G., Liang, C. D., Yan, W. F., Overbury, S. H., Dai, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+of+highly+active+silica-supported+Au+catalysts+for+CO+oxidation+by+a+solution-based+technique%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+B%22%5BJournal%5D)">Preparation of highly active silica-supported Au catalysts for CO oxidation by a solution-based technique.</a> J. Phys. Chem. B. 110 (22), 10842-10848 (2006).</li>
<li>Gabaldon, J. P., Bore, M., Datye, A. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mesoporous+silica+supports+for+improved+thermal+stability+in+supported+Au+catalysts%5BTitle%5D)+AND+%22Top.+Catal%22%5BJournal%5D)">Mesoporous silica supports for improved thermal stability in supported Au catalysts.</a> Top. Catal. 44 (1-2), 253-262 (2007).</li>
<li>Li, F. B., Li, X. Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((The+enhancement+of+photodegradation+efficiency+using+Pt-TiO2+catalyst%5BTitle%5D)+AND+%22Chemosphere%22%5BJournal%5D)">The enhancement of photodegradation efficiency using Pt-TiO2 catalyst.</a> Chemosphere. 48 (10), 1103-1111 (2002).</li>
<li>Sakthivel, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhancement+of+photocatalytic+activity+by+metal+deposition%3A+characterisation+and+photonic+efficiency+of+Pt%2C+Au+and+Pd+deposited+on+TiO2+catalyst%5BTitle%5D)+AND+%22Water+Res%22%5BJournal%5D)">Enhancement of photocatalytic activity by metal deposition: characterisation and photonic efficiency of Pt, Au and Pd deposited on TiO2 catalyst.</a> Water Res. 38 (13), 3001-3008 (2004).</li>
<li>Jia, C. G., Wang, Y. P., Feng, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Preparation+and+Catalytic+Properties+Of+Polymer-Supported+Fe-Co-Cu+And+Fe-Co-Au+Pentametallic+Clusters%5BTitle%5D)+AND+%22React.+Polym%22%5BJournal%5D)">Preparation and Catalytic Properties Of Polymer-Supported Fe-Co-Cu And Fe-Co-Au Pentametallic Clusters.</a> React. Polym. 18 (3), 203-211 (1992).</li>
<li>Yu, X. Q., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Reduced+graphene+oxide+supported+Au+nanoparticles+as+an+efficient+catalyst+for+aerobic+oxidation+of+benzyl+alcohol%5BTitle%5D)+AND+%22Appl.+Surf.+Sci%22%5BJournal%5D)">Reduced graphene oxide supported Au nanoparticles as an efficient catalyst for aerobic oxidation of benzyl alcohol.</a> Appl. Surf. Sci. 280, 450-455 (2013).</li>
<li>Xu, Y. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Au%40Pt+core-shell+nanoparticles+supported+on+multiwalled+carbon+nanotubes+for+methanol+oxidation%5BTitle%5D)+AND+%22Catal.+Commun%22%5BJournal%5D)">Au@Pt core-shell nanoparticles supported on multiwalled carbon nanotubes for methanol oxidation.</a> Catal. Commun. 13 (1), 54-58 (2011).</li>
<li>Baker, C. O., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Size+Control+of+Gold+Nanoparticles+Grown+on+Polyaniline+Nanofibers+for+Bistable+Memory+Devices%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Size Control of Gold Nanoparticles Grown on Polyaniline Nanofibers for Bistable Memory Devices.</a> ACS Nano. 5 (5), 3469-3474 (2011).</li>
<li>Wei, G. -T., Yang, Z., Lee, C. Y., Yang, H. Y., Wang, C. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Aqueous%E2%88%92Organic+Phase+Transfer+of+Gold+Nanoparticles+and+Gold+Nanorods+Using+an+Ionic+Liquid%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Aqueous−Organic Phase Transfer of Gold Nanoparticles and Gold Nanorods Using an Ionic Liquid.</a> J. Am. Chem. Soc. 126 (16), 5036-5037 (2004).</li>
<li>Gadenne, B., Hesemann, P., Moreau, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Supported+ionic+liquids%3A+ordered+mesoporous+silicas+containing+covalently+linked+ionic+species%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Communications%22%5BJournal%5D)">Supported ionic liquids: ordered mesoporous silicas containing covalently linked ionic species.</a> Chemical Communications. 15, 1768-1769 (2004).</li>
<li>Yang, J. H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Understanding+preparation+variables+in+the+synthesis+of+Au%2FAl2O3+using+EXAFS+and+electron+microscopy%5BTitle%5D)+AND+%22Applied+Catalysis+A%3A+General%22%5BJournal%5D)">Understanding preparation variables in the synthesis of Au/Al2O3 using EXAFS and electron microscopy.</a> Applied Catalysis A: General. 291 (1-2), 73-84 (2005).</li>
<li>Chen, L. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Intercalation+of+aggregation-free+and+well-dispersed+gold+nanoparticles+into+the+walls+of+mesoporous+silica+as+a+robust+%E2%80%98green%E2%80%99+catalyst+for+n-alkane+oxidation%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+the+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Intercalation of aggregation-free and well-dispersed gold nanoparticles into the walls of mesoporous silica as a robust ‘green’ catalyst for n-alkane oxidation.</a> Journal of the American Chemical Society. 131, 914-915 (2009).</li>
<li>Wang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Nanoscale+gold+intercalated+into+mesoporous+silica+as+a+highly+active+and+robust+catalyst%5BTitle%5D)+AND+%22Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Nanoscale gold intercalated into mesoporous silica as a highly active and robust catalyst.</a> Nanotechnology. 23, 294010-294018 (2012).</li>
<li>Chen, L. F., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlled+synthesis+of+nanoscale+icosahedral+gold+particles+at+room+temperature%5BTitle%5D)+AND+%22Chemcatchem%22%5BJournal%5D)">Controlled synthesis of nanoscale icosahedral gold particles at room temperature.</a> Chemcatchem. 4, 1662-1667 (2012).</li>
</ol>

Autorzy nie mają nic do ujawnienia.

W protokole syntezy zwrócenie uwagi na stężenie środków powierzchniowo czynnych, pH roztworu i temperaturę reakcji ma kluczowe znaczenie dla pomyślnego powstania GMS. Kroki krytyczne to 1.2, 1.3, 1.4 i 1.6. Powyższe parametry kontrolują krytyczny parametr upakowania i fazę miceli utworzonej z surfaktantu. Faza i morfologia miceli określa ostateczny stan matrycy krzemionkowej, która służy jako ramy dla GMS. Ważna w procesie tworzenia jest również kolejność i czas dodawania roztworu HAuCl. TEOS i TESPTS działają odpowiedni...

Jako rozwijająca się technologia, która ma duży potencjał w zastosowaniach katalizy, materiały nanoskalowe były przedmiotem intensywnego zainteresowania badawczego w ostatnich dziesięcioleciach. Wśród zgłoszonych katalizatorów w nanoskali, katalizatory z metali szlachetnych, takie jak Au, Ag, Pd i Pt, przyciągnęły uwagę całego świata 1-3. Wybrane reakcje katalityczne obejmują utlenianie tlenku węgla na Au, reakcję Hecka na katalizatorach Pd oraz rozszczepianie wody za pomocą Pt. Pomimo obiecującego potencjału katalitycznego, zastosowanie złota w nanoskali jest ograniczone ze względu na dezaktywację w wyniku zatrucia, koksowania, degradacji termicznej i spiekania. Doniesiono, że złoto, jako przedstawiciel metali szlachetnych, ma wysoką selektywność i jest mniej podatne na wypłukiwanie metali, nadmierne utlenianie i samozatrucie4. Jednak wydajność katalityczna złota silnie zależy od wielkości cząstek. Haruta i wsp. opisali związek między wydajnością katalityczną a średnicą klastra złota, wykazując najwyższą aktywność katalizatorów złota o wielkości cząstek ~ 2,7 nm5.
Wielkość cząstek metali szlachetnych może być kontrolowana metodą przygotowania6-9; jednak główną przeszkodą w szerokim zastosowaniu pozostaje agregacja i utrata aktywności. Aby rozwiązać problem spiekania, powszechną metodą jest unieruchomienie cząstek w nanoskali na materiale nośnym. Zastosowano różne materiały nośne, w tym porowatą krzemionkę10-11, półprzewodnikowe tlenki metali12-13, polimery14, grafen15 i nanorurki węglowe16. Spośród zastosowanych materiałów, porowata krzemionka jest atrakcyjnym materiałem jako podpora, ponieważ jest tylko umiarkowanie kwaśna, stosunkowo obojętna, stabilna termicznie i chemicznie i może być otrzymywana z bardzo dobrze zdefiniowaną mezo-/mikroporowatością. Porowata struktura zapewnia dobre podparcie dla cząstek metalu, ale także zapewnia selektywny dostęp podłoża do katalizatorów metalowych. Ta selektywność jest szczególnie obiecująca ze względu na możliwość przestrajania związaną z tymi porowatymi materiałami. Często okazuje się, że cząsteczki złota są niezwykle mobilne na powierzchniach krzemionki17-18 i łatwo tworzą bardzo duże (50+ nm) niereaktywne cząstki pod wpływem wysokich temperatur, co utrudnia przygotowanie nanocząstek złota na krzemionce19. Mukherjee i wsp. zgłoszono immobilizację monorozproszonych nanocząstek złota na mezoporowatej krzemionce MCM-41 przez 3-aminopropylo-trimetoksysilan i 3-merkaptopropylo-trietoksysilan, a wspierane nanocząstki złota okazały się wysoce aktywne w reakcjach uwodornienia i nie stwierdzono wymywania złota w reakcji20.
Po raporcie o modyfikacji powierzchni mezoporowatej krzemionki, opisaliśmy metodę przygotowania złota interkalowanego do ściany mezoporowatej krzemionki (GMS). Ponadto podejście oparte na mezoporowatej krzemionce oferuje skalowalne podejście do potencjalnie niezależnej zmiany katalizatora i porowatego środowiska. Ponieważ procesy katalityczne mają kluczowe znaczenie gospodarcze, korzyści mogą być dalekosiężne. Zdolność do opracowania "zielonych" katalizatorów miałaby bardzo pozytywny wpływ na środowisko oraz poprawiłaby wykonalność ekonomiczną i efektywność wykorzystania zasobów w ważnych procesach przemysłowych.

<table><tbody><tr><td>poli(glikol etylenowy)-blok-poli(glikol propylenowy)-blok-poli(glikol etylenowy)-blok-poli(glikol etylenowy)</td><td>Aldrich</td><td>435465-250ML</td><td></td></tr><tr><td>tetraetoksysilan</td><td>TCI</td><td>201-083-8</td><td></td></tr><tr><td>bis[3-(trietoksysililo)propylo]-tetrasiarczek</td><td>GELEST</td><td>SIB1825,0-100GM</td><td></td></tr><tr><td>kwas chloroaurowy</td><td>Aldrich</td><td>520918-1G</td><td></td></tr><tr><td>alkohol benzylowy</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>305197-1L</td><td></td></tr><tr><td>fizysorpcja azotu</td><td>Micromeritics</td><td>Tristar II</td><td></td></tr><tr><td>dyfrakcja rentgenowska</td><td>Philips</td><td>X'Pert Pro</td><td></td></tr><tr><td>transmisyjna mikroskopia elektronowa</td><td>Philips</td><td>CM200</td><td></td></tr><tr><td>chromatografia gazowa</td><td>Shimadzu</td><td>GC-2010</td><td></td></tr></tbody></table>

synteza i wydajność katalityczna złota interkalowanego w ściankach mezoporowatej krzemionki

Synthesis and Catalytic Performance of Gold Intercalated in the Walls of Mesoporous Silica

Jako obiecujący katalitycznie aktywny nano reaktor, nanocząstki złota interkalowane w mezoporowatej krzemionce (GMS) zostały pomyślnie zsyntetyzowane i zbadano właściwości materiałów. Zastosowaliśmy jednogarnkowe podejście zol-żel do interkalacji nanocząstek złota w ściankach mezoporowatej krzemionki. Na początek syntezy, P123 został użyty jako matryca do tworzenia miceli. Następnie TESPTS został użyty jako środek modyfikujący powierzchnię do interkalacji nanocząstek złota. W wyniku tego procesu dodano TEOS jako źródło krzemionki, które zostało poddane procesowi polimeryzacji w środowisku kwaśnym. Po przetworzeniu hydrotermalnym i kalcynacji uzyskano produkt końcowy. Zastosowano kilka technik w celu scharakteryzowania porowatości, morfologii i struktury mezoporowatej krzemionki interkalowanej złotem. Wyniki wykazały stabilną strukturę mezoporowatej krzemionki po interkalacji złota. Dzięki utlenianiu alkoholu benzylowego jako reakcji wzorcowej, materiały GMS wykazały wysoką selektywność i zdolność do recyklingu.

Metodę tę zastosowano do porównania poziomów syntezy hemu w prawidłowych komórkach płuca (HBEC30KT) oraz w komórkach nowotworowych (HCC4017). Rysunek 2 wykazuje wyższy poziom syntezy hemu w komórkach nowotworowych (HCC4017) niż w prawidłowych komórkach płuca (HBEC30KT). Poziom syntezy hemu zmierzono również w prawidłowych i nowotworowych komórkach w obecności odsprzęgacza mitochondrialnego, karbonylowego cyjanku 3-chlorofenylhydrazony (CCCP). Komórki inkubowano z 10 μM CCCP przez 24 hr przed pomiarem poz...

Tutaj prezentujemy protokół z procesem zol-żel do syntezy złota interkalowanego w ściankach materiałów mezoporowatych (GMS), który potwierdza, że posiada mezoporowatą matrycę ze złotem interkalowanym w ściankach, co zapewnia dużą stabilność i możliwość recyklingu.

Synteza i wydajność katalityczna złota interkalowanego w ściankach mezoporowatej krzemionki

As a promising catalytically active nano reactor, gold nanoparticles intercalated in mesoporous silica (GMS) were successfully synthesized and properties ...

Ogólnym celem niniejszej procedury jest synteza nowych materiałów katalitycznych z nanozłotem wbudowanym w ścianki mezoporowatej krzemionki. Osiąga się to poprzez wstępne utworzenie miceli z dodatkiem surfaktantu, który pełni rolę matrycy dla formowania mezoporowatej krzemionki. Następnie do roztworu dodaje się źródło krzemu oraz czynnik modyfikujący powierzchnię, a na koniec kroplowo dodaje się prekursor złota w celu otrzymania nanocząstek złota.Po mieszaniu przez 24 godziny roztwór przenosi się do pieca w celu przeprowadzenia obróbki hydrotermalnej. Podczas obróbki hydrotermalnej krzemionka polimeryzuje, tworząc strukturę mezoporowatą, a prekursor złota zaczyna rosnąć w skali nano. Ostatnim krokiem jest kalcynacja materiału w celu usunięcia pozostałego surfaktanta i uzyskania dobrze zdefiniowanej struktury mezoporowatej.Ostatecznie, absorpcja fiz, dyfrakcja rentgenowska i transmisyjna mikroskopia elektronowa są wykorzystywane do wykazania, że nanocząsteczki złota są wbudowane w dobrze zdefiniowane ścianki mezoporowatej krzemionki. Główną zaletą tej metody w porównaniu z innymi, takimi jak bezpośrednie wytrącanie, jest wysoka stabilność termiczna syntetyzowanych tutaj materiałów. Zazwyczaj osoby rozpoczynające pracę z tą metodą mogą napotkać trudności, ponieważ udana synteza wymaga ścisłej kontroli temperatury oraz warunków roztworu.Nanotechnologię definiuje się jako zakres rozmiarów, mianowicie zakres nanometryczny, w którym właściwości materiału zmieniają się w zależności od zmiany rozmiaru cząsteczek. W tym przypadku mówimy o nanocząsteczkach złota, a złoto jest również metalem miękkim, który łatwo ulega stopieniu. Zatem dowód koncepcji, który tutaj prezentujemy w zakresie nadawania złotu stabilności termicznej, powinien być możliwy do zastosowania we wszystkich systemach metalicznych.Aby rozpocząć przygotowanie złota wbudowanego w ścianki krzemionki mezoporowatej (GMS), dodaj 2,0 gramów P 1 23 do 75 mililitrów dwumolowego roztworu kwasu solnego. W temperaturze pokojowej mieszaj roztwór magnetycznie. Mieszaj z prędkością 350 obrotów na minutę aż do całkowitego rozpuszczenia P 1 23; roztwór powinien stać się klarowny.Do małej fiolki dodaj cztery gramy TEOS, a następnie 180 µL T-E-S-P-T-S. Powoli wstrząśnij fiolką, aby wymieszać obie substancje chemiczne. W innej fiolce rozpuść 38 mg kwasu chloraurowego w jednym mililitrze wody dejonizowanej. Podgrzej roztwór P 1 23 do 35 °C w kąpieli olejowej z temperaturą kontrolowaną przez termoparę.Następnie dodaj całą mieszaninę TEOS i T-E-S-P-T-S do roztworu P 1 23 i utrzymuj intensywne mieszanie magnetyczne z prędkością 700 obrotów na minutę. Po dwóch minutach mieszania dodaj kroplowo cały przygotowany roztwór kwasu chloro-ORIC w ciągu 30 sekund. Mieszaj roztwór z prędkością 700 obrotów na minutę przez 24 godziny w temperaturze 35 °C.Po 24 godzinach przelać roztwór do szczelnie zamkniętej butelki i przechowywać w piecu ustawionym na 100 stopni Celsjusza przez 72 godziny. Proces ten nazywa się obróbką hydrotermalną. Po obróbce hydrotermalnej przefiltrować roztwór za pomocą papieru filtracyjnego nr 1 pod ciśnieniem ujemnym, korzystając z lejka.Następnie przemyj próbkę dwukrotnie wodą i trzykrotnie etanolem, aby usunąć pozostały kwas solny. Podczas każdego etapu płukania dodaj wodę lub etanol jeden centymetr powyżej osadu i poczekaj, aż materiał wyschnie. Przenieś osad z filtracji do tygla ceramicznego w celu kalcynacji w piecu.Ustaw program rampowania tak, aby temperatura wzrosła z 25 do 550 °C w ciągu dwóch godzin, a następnie utrzymywała się na poziomie 550 °C przez cztery godziny. Pozostaw próbkę w piecu przy zamkniętych drzwiach do momentu, aż temperatura spadnie poniżej 40 °C. Po kalcynacji przenieś produkt do szklanej fiolki za pomocą plastikowej szpatułki; zsyntetyzowany materiał ma czerwony kolor na skutek utlenienia alkoholu benzylowego.Jako reakcję wzorcową przetestowano materiały GMS, które wykazały wysoką selektywność i możliwość recyklingu. Ponieważ utlenianie alkoholu benzylowego jest reakcją w fazie ciekłej i nie wymaga osobnego rozpuszczalnika, należy przenieść 5 ml alkoholu benzylowego do trójszyjkowej kolby o pojemności 25 ml. Następnie do alkoholu benzylowego należy dodać 10 mg katalizatora GMS.Przygotować łaźnię olejową z mieszaniem magnetycznym, ustawiając temperaturę na 100 °C, aby zapewnić dokładną i równomierną kontrolę temperatury reakcji. Umieścić kolbę z alkoholem benzoilowym i katalizatorem w łaźni olejowej i mieszać z prędkością 150 obr./min.Przepływiaj gazowy tlen o czystości 99,9% do kolby z prędkością 2 ml/min, kontrolowaną za pomocą kontrolera masowego przepływu. Gdy temperatura łaźni olejowej osiągnie 100 °C i ustabilizuje się, wprowadź tlen do kolby trójszyjnej. Utrzymuj stałą prędkość przepływu tlenu oraz temperaturę i pozwól reakcji przebiegać przez sześć godzin.Po zakończeniu reakcji przefiltruj produkt za pomocą papieru filtracyjnego nr 1. Zbierz fazę ciekłą i przenieś ją do fiolki do chromatografii gazowej, a następnie dodaj do fiolki cztery części kwasu octowego klasy HPLC na każdą jedną część próbki. Umieść fiolkę w autosamplerze chromatografu gazowego w celu przeprowadzenia analizy.Zmyj stały osad z papieru filtracyjnego wodą dejonizowaną, a następnie etanolem, po czym pozostaw osad do wyschnięcia na powietrzu, wspomagając się szpatułką. Zbierz wysuszony produkt stały, który stanowi odzyskany katalizator. Powtórz tę procedurę z odzyskanym katalizatorem trzykrotnie w każdej serii, dostosowując ilość alkoholu benzylowego tak, aby stosunek ilości substratu do ilości odzyskanego katalizatora pozostał niezmienny.Odważ trzy oddzielne porcje po 300 mg zsyntetyzowanego GMS. Porcje zsyntetyzowanego GMS umieść w szklanych fiolkach oznaczonych jako partia pierwsza, partia druga i partia trzecia. Partia pierwsza będzie służyć jako grupa kontrolna, natomiast partia druga i trzecia zostaną poddane obróbce termicznej.Zaprogramuj piec tak, aby temperatura wzrosła z 25 °C do 400 °C w ciągu 0,5 godziny, a następnie utrzymywała się na poziomie 400 °C przez cztery godziny. Umieść partię drugą w tyglu i uruchom program, pozostawiając próbkę w piecu przy zamkniętych drzwiach do momentu, aż temperatura spadnie poniżej 40 °C. W przypadku partii trzeciej zaprogramuj piec tak, aby temperatura wzrosła z 25 °C do 650 °C w ciągu 0,75 godziny i utrzymywała się na poziomie 650 °C przez cztery godziny.Umieść trzecią partię w tyglu i uruchom program tak jak wcześniej. Pozostaw próbkę w piecu z zamkniętymi drzwiczkami, aż temperatura na urządzeniu do absorpcji fizycznej spadnie poniżej 40 °C. Przeprowadź analizę DGA materiałów GMS w temperaturze 90 °C przez 60 minut, a następnie w 350 °C przez 480 minut.Przeprowadź pełną analizę izotermy materiałów DGA w celu uzyskania danych dotyczących absorpcji. Rozprosz próbkę GMS na całkowicie węglowej siatce do transmisyjnego mikroskopu elektronowego (TEM) o oczkach 200 mesh i zaobserwuj próbkę pod transmisyjnym mikroskopem elektronowym. Wykonaj również dyfrakcję rentgenowską z wykorzystaniem promieniowania miedzi K alpha, zgodnie z opisem w protokole tekstowym.Obraz TEM GMS wykazuje, że matryca krzemionkowa utworzyła dobrze zdefiniowane długie kanały o stabilnych ściankach. Ustalono, że średnica porów wynosi około pięciu nanometrów, a ich kształt jest sześciokątny, co jest typowe dla krzemionki mezoporowatej. Porównanie izotermy adsorpcji fizycznej BET dla matrycy krzemionkowej bez dodatku złota z izotermą dla GMS ze złotem wbudowanym w ścianki wykazuje brak istotnych różnic między tymi dwoma materiałami.Oba wykazują typowy kształt dla materiałów mezoporowatych z pętlą histerezy, co wskazuje, że oddziaływanie ze złotem nie spowodowało żadnych zmian w strukturze porów. Przedstawiono również strukturę porów BET oraz rozkład porów BJH dla materiału GMS kalcynowanego w różnych temperaturach. Kalcynacja w wysokiej temperaturze nie zmieniła mezoporowatej matrycy krzemowej.Ponadto zarówno struktura, jak i rozkład porów pozostały niezmienione po obróbce termicznej w temperaturze aż do 650 °C, co wskazuje, że złoto nie uległo agregacji i nie zablokowało porów. Stabilność termiczna złota w GMS została dodatkowo potwierdzona za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej poprzez analizę dyfraktogramów materiału GMS kalcynowanego w różnych temperaturach. Położenie, intensywność oraz szerokość pików nie wykazują żadnych zmian w wyniku procesu kalcynacji, co świadczy o tym, że cząsteczki złota nie zmieniły swojej wielkości ani morfologii.Przy odpowiednim wykonaniu technika ta może zostać zrealizowana w ciągu 120 godzin. Podczas próby przeprowadzenia tej syntezy ważne jest precyzyjne kontrolowanie warunków reakcji, ponieważ czynnik szablonujący jest wrażliwy na niewielkie zmiany pH, temperatury i stężenia. Wdrożenie tej technologii dostarczyło badaczom paradygmatu, dzięki któremu możemy nadawać stabilność termiczną systemom katalitycznym. Jest ona obecnie implementowana w systemach do uszlachetniania biomasy oraz technologiach antykorozyjnych dla szerokiego portfolio technologii energii odnawialnej.

synthesis-catalytic-performance-gold-intercalated-walls-mesoporous

Research

JoVE Journal

Chemistry

Chemia

Synteza i wydajność katalityczna złota sinterpolowującego w ścianach mezoporowanej silice

Opisujemy techniki mikrotworzenia cienkich warstw nanoporowatego złota za pomocą druku szablonowego i fotolitografii, a także metody hodowli komórek na mikrofabrykowanych wzorach. Ponadto opisano metody analizy obrazu w celu scharakteryzowania morfologii materiału i hodowanych komórek przy użyciu technik skaningowej mikroskopii elektronowej i fluorescencyjnej.

Mikrofabrykacja nanoporowatych wzorów złota do badań interakcji komórka-materiał

Urządzenia milifluidyczne są wykorzystywane do kontrolowanej syntezy nanomateriałów, czasowo-rozdzielczej analizy mechanizmów reakcji i katalizy ciągłego przepływu.

Millifluidyka do syntezy chemicznej i czasowo-rozdzielczych badań mechanistycznych

Nanocząstki krzemionki zostały przygotowane przy użyciu katalizy kwasowej prekursora siloksanu i technik syntezy wspomaganych mikrofalami, co spowodowało kontrolowany wzrost nanomateriałów o średnicy od 30 do 250 nm. Dynamikę wzrostu można kontrolować, zmieniając początkowe stężenie kwasu krzemowego, czas reakcji i temperaturę reakcji.

Otrzymywanie nanocząstek krzemionki za pomocą katalizy kwasowej wspomaganej mikrofalami

Przeprowadzana jest synteza jednolitych nanocząstek złota pokrytych półprzewodnikowymi powłokami CdS lub ZnS. Powłoka półprzewodnikowa jest przeprowadzana przez pierwsze osadzenie powłoki siarczku srebra i wymianę kationów srebra na kationy lub kadmu.

Synteza, charakterystyka i funkcjonalizacja hybrydowych nanocząstek rdzenia/powłoki Au/CdS i Au/ZnS

Tutaj prezentujemy protokół syntezy in situ nanocząstek złota (AuNPs) w przestrzeni międzywarstwowej warstwowych warstw tytanianu bez agregacji AuNPs. Nie zaobserwowano żadnej zmiany spektralnej nawet po 4 miesiącach. Zsyntetyzowany materiał ma zastosowanie w katalizie, fotokatalizie i opracowywaniu opłacalnych urządzeń plazmonicznych.

In Situ Synteza nanocząstek złota bez agregacji w przestrzeni międzywarstwowej warstwowych przezroczystych folii tytanianowych

Tutaj prezentujemy protokół syntezy bioinspirowanych materiałów krzemionkowych i immobilizacji enzymów w nich. Krzemionka jest syntetyzowana przez połączenie krzemianu sodu i "dodatku" aminowego, które neutralizują się w kontrolowanym tempie. Właściwości i funkcję materiału można zmienić poprzez immobilizację enzymatyczną in situ lub postsyntetyczne elucję kwasową zamkniętych dodatków.

Otrzymywanie krzemionki funkcjonalnej metodą inspirowaną biologicznie

Przedstawiono szybką, bezpośrednią metodę syntezy redukcyjnej opartej na roztworze w celu uzyskania aerożeli Au, Pd i Pt.

Metoda szybkiej syntezy aerożeli Au, Pd i Pt poprzez bezpośrednią redukcję na bazie roztworu

Tutaj przedstawiamy syntezę i charakterystykę uporządkowanego nanoporowatego węgla (o wielkości porów 4,6 nm) i SBA-15 (o wielkości porów 5,3 nm). W pracy opisano właściwości powierzchniowe i teksturalne nanoporowatych sit molekularnych, ich zwilżalność oraz topnienie D2O zamkniętego w materiałach.

Właściwości powierzchniowe zsyntetyzowanych nanoporowatych matryc węglowych i krzemionkowych

Nowy katalizator metalowy grupy IV do metatezy aminy jest przygotowywany przez szczepienie kompleksu aminometalu na zdehydroksylowanej krzemionce. Powierzchniowe fragmenty metalu są charakteryzowane za pomocą FT-IR, mikroanalizy elementarnej i spektroskopii NMR w ciele stałym. Dalsze eksperymenty spektroskopii NMR z dynamiczną polaryzacją jądrową uzupełniają wyznaczanie sfery koordynacyjnej.

Metateza iminowa za pomocą katalizatorów na bazie krzemionki z wykorzystaniem metodologii chemii powierzchniowo-metaloorganicznej

Przedstawiono metodę syntezy pozwalającą na otrzymanie porowatych makrorurek i makrowiązek na bazie platyny o przekroju kwadratowym poprzez chemiczną redukcję nierozpuszczalnych matryc solnych.

Metoda syntezy z szablonami soli dla porowatych makrowiązek i makrorurek na bazie platyny

Ta praca ma na celu ułatwienie rozwoju standardowych technik impregnacji lub szczepienia związków aminowanych na podłożach krzemionkowych, które często są szeroko opisane w literaturze. Szczegółowo omówione zostaną konkretne ilości rozpuszczalnika, substratu, amin oraz wartości innych ważnych parametrów eksperymentalnych.

Syntetyczna metodologia otrzymywania impregnowanych i szczepionych kompozytów krzemionkowych na bazie amin do wychwytywania dwutlenku węgla

Poznaj metodę syntezy materiałów katalitycznych z nanozłotem interkalowanym w ściankach mezoporowej krzemionki. Proces sol-gel zapewnia precyzyjną kontrolę struktury i wysoką stabilność termiczną.

Synteza i wydajność katalityczna złota interkalowanego w ściankach mezoporowatej krzemionki

Przeglądaj więcej filmów