Summary
En protokoll for syntese av svamp-like og fold-lignende Ni1-xNbxO nanopartikler av kjemiske nedbør er presentert.
Abstract
Vi viser en metode for syntese av NixNb1-xO katalysatorer med svamp-like og fold-lignende nanostrukturer. Ved å variere Nb:Ni forholdet, en rekke NixNb1-xO nanopartikler med forskjellige atomic komposisjoner (x = 0,03, 0,08, 0,15 og 0,20) har utarbeidet av kjemiske nedbør. Disse NixNb1-xO katalysatorer er preget av X-ray Diffraksjon, røntgen photoelectron spektroskopi og skanning elektronmikroskop. Studien viser svamp-like og fold-lignende utseende av Ni0,97Nb0,03O og Ni0,92Nb0,08O NiO overflaten og større areal på disse NixNb1-xO katalysatorer, sammenlignet med bulk NiO. Maksimal areal på 173 m2/g kan oppnås for Ni0,92Nb0,08O katalysatorer. I tillegg den katalytiske hydroconversion av lignin-avledet forbindelser med syntetisk Ni0,92Nb0,08O katalysatorer har blitt undersøkt.
Introduction
Utarbeidelse av nanocomposites har fått økende oppmerksomhet avgjørende programmet i ulike felt. For å forberede Ni-Nb-O blandet oksid nanopartikler, har1,2,3,4,5,6 ulike metoder blitt utviklet som tørr blande metoden,7, 8 fordampning metoden,9,10,11,12,13 sol gel metoden,14 termisk spaltning metoden,15 og Auto-forbrenning. 16 i en typisk fordampning metode9, vandige løsninger som inneholder riktig mengde metall forløpere, nikkel nitrat hexahydrate og ammonium niobium oksalat ble varmet på 70 ° C. Etter fjerning av løsemiddel og ytterligere tørking og calcination, ble blandet oksid oppnådd. Disse oksid katalysatorer utstilling utmerket katalytisk aktivitet og selektivitet mot oksidativ dehydrogenation (ODH) av etan, som er relatert til den elektroniske og strukturelle omorganisering av inkorporering av niobium kasjoner i NiO gitteret . 11 innsetting av Nb drastisk reduserer Elektrofil oksygen arter, som er ansvarlig for reaksjonene etan12. Som et resultat, utvidelser av denne metoden har blitt gjort om utarbeidelse av ulike typer blandet Ni-meg-O karbonoksider, hvor meg = Li, Mg, Al, Ga, Ti og Ta. 13 det er funnet at variasjonen av metall dopants kan endre unselective og Elektrofil oksygen radikaler av NiO, dermed systematisk tune ODH aktivitet og selektivitet mot etan. Men generelt areal på disse oksider er relativt liten (< 100 m2/g), utvidede fasen segregering og dannelsen av store Nb2O5 crystallites, og dermed hindret deres bruk i andre katalytisk programmer.
Tørr blande metoden, kalles også SSD sliping metoden er en annen vanlig metode å forberede blandet-oxide katalysatorer. Siden katalytisk materialene er oppnådd i et løsemiddel-fri måte, gir denne metoden et lovende grønt og bærekraftig alternativ til utarbeidelse av blandet-oksid. Høyeste arealet ved denne metoden er 172 m2/g for Ni80Nb20 calcination temperatur på 250 ° C. 8 denne SSD metoden er imidlertid ikke pålitelig som reaktantene ikke er godt blandet på atomic skala. Derfor for bedre kontroll av kjemiske homogenitet og spesifikk størrelsesDistribusjon og morfologi blandet andre egnede metoder å forberede Ni-Nb-O oksid nanopartikler er fortsatt som søkt. 7
Blant ulike strategier i utviklingen av nanopartikler fungerer kjemiske nedbør som en av de lovende metodene å utvikle nanocatalysts, siden det gir komplett nedbør av metall ioner. Også er nanopartikler av høyere flater vanligvis forberedt på denne måten. For å forbedre katalytiske egenskaper for Ni-Nb-O nanopartikler, rapportere vi her protokollen for syntesen av en rekke Ni-Nb-O blandet oksid katalysatorer med høy areal av kjemiske nedbør metoden. Vi vist at Nb:Ni molar forholdet er en avgjørende faktor i å bestemme katalytisk aktiviteten av oksider mot hydrodeoxygenation av lignin-avledet organiske forbindelser. Med høy Nb:Ni forhold over 0.087, ble inaktiv NiNb2O6 arter dannet. Ni0,92Nb0,08O, som hadde den største overflate på viftebladene (173 m2/g), utstillinger fold-lignende nanosheets strukturer og viste de beste aktivitet og selektivitet mot hydrodeoxygenation av anisole til cyclohexane.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Forsiktig: For riktig behandling metoder, egenskaper og toksisitet av kjemikalier som er beskrevet i denne hvitboken, se de relevante sikkerhetsdatablader (MSDS). Noen av kjemikaliene som brukes er giftige og kreftfremkallende og spesielle bekymringer må tas. Nanomaterialer kan potensielt utgjøre sikkerhet farer og helseeffekter. Innånding og hudkontakt bør unngås. Sikkerhet må utøves, som utfører katalysator syntese i fume hette og katalysator ytelse evaluering med autoklav reaktorer. Personlig verneutstyr Laboratoriefrakk.
1. utarbeidelse av Ni0,97Nb0,03O katalysatorer der Nb:(Ni+Nb) molar prosenter lik 0,03
- Kombiner 0.161 g niobium (V) oksalat hydrat med 2.821 g av nikkel nitrat i 100 mL deionisert vann i en 250-mL tre-necked runde bunnen kolbe utstyrt med rør bar.
- Rør løsningen på 50 rpm og 70 ° C for å oppløse forbindelser til forsvinningen av utløse bruker en oppvarming magnetisk rørestang.
- Heve temperaturen raskt til 80 ° C med en hastighet på 2 ° C/min.
- Legge en blandet grunnleggende løsning [vandig ammonium hydroksid (50 mL, 1,0 M) og natriumhydroksid (50 mL, 0,2 M)] i reaksjonsblandingen dropwise til pH i Ni/Nb løsningen når 9.0.
- Mens røring reaksjonsblandingen, heve temperaturen til 120 ° C på 2 ° C/min.
- Rør reaksjonsblandingen natten på 50 rpm på 120 ° C til den komplette forsvinningen av den grønne fargen på løsningen.
- Utføre Induktivt kombinert plasma-optiske utslipp massespektrometri (ICP-OES) analyse for løsningen å evaluere konsentrasjonen av gjenværende Ni2 + og Nb5 + ioner i løsningen og sikre komplett nedbør av gjenværende nikkel nitrat.
- Samle solide ved filtrering bruker Büchner kolbe. Vask solid ved å legge 2 L vaskebuffer vann gjentatte ganger innen 20 min å fjerne de gjenværende Na+ kasjon.
- Samle solide i et ur glass. Tørr solid på 110 ° C i 12 h i tørr ovn.
- Calcine av oppvarming faste stoffer syntetisk luft (20 mL/min O2 og 80 mL/min N2) på 450 ° C i 5 h i rør ovn. Sjekk alle Glassvarer for feil før bruk den høye temperaturen på reaksjonen.
- Etter calcination, får du 1 g Ni0,97Nb0,03O katalysator. Bruk riktig verneutstyr som vernebriller, hansker, laboratoriefrakk, og fume hette å utføre nanocrystal reaksjonen potensielle sikkerhet farer og helseeffekter av nanomaterialer.
2. utarbeidelse av Ni0,92Nb0,08O katalysatorer der Nb:(Ni+Nb) molar prosenter lik 0,08
- Denne fremgangsmåten er lik som 1 bortsett fra de to første trinnene:
- Oppløse 0.43 g niobium (V) oksalat hydrat i 100 mL deionisert vann.
- Separat, løses 2.675 g av nikkel nitrat i 100 mL deionisert vann.
3. forberedelse av Ni0,85Nb0,15O katalysatorer der Nb:(Ni+Nb) molar prosenter lik 0,15
- Prosedyren er lik som 1 bortsett fra de to første trinnene:
- Oppløse 0.807 g niobium (V) oksalat hydrat i 100 mL deionisert vann.
- Separat, løses 2,472 g av nikkel nitrat i 100 mL deionisert vann.
4. forberedelse av Ni0,80Nb0,20O katalysatorer der Nb:(Ni+Nb) molar prosenter lik 0,20
- Prosedyren er lik som 1 bortsett fra de to første trinnene:
- Oppløse 1.076 g niobium (V) oksalat hydrat i 100 mL deionisert vann.
- Separat, løses 2.326 g av nikkel nitrat i 100 mL deionisert vann.
5. forberedelse Nb2O5 bruker kjemiske nedbør metoden
- Calcine niobic syre (Nb2O5·nH2O) i syntetisk luft for 5 h på 450 ° C for å få ren Nb2O5 partikler.
Merk: Bekrefte ferdigstillelse av reaksjonen X-ray pulver Diffraksjon (XRD) analyse, der Nb2O5·nH2O er Amorphous og Nb2O5 er krystallklart. Ifølge analysen var calcination for 5 h på 450 ° C nok til å fullføre reaksjonen.
6. syntese av β-O-4 lignin modell sammensatte, 2-(2-methoxyphenoxy)-1-phenylethan-1-one
- Oppløsning bromoacetophenone (9.0 g, 45 mmol) og 2-methoxyphenol (6.6 g, 53 mmol) i 200 mL vannistedenfor (DMF) i en 500-mL konisk bolle med en magnetisk rørestang. Bruk passende beskyttende utstyr og fume hette for å utføre reaksjonen etsende og kreftfremkallende kjemikalier og reagenser.
- Bland ovenstående DMF løsning med kaliumhydroksid (3.0 g, 53 mmol) og rør blandingen over natten på 50 rpm ved romtemperatur bruker magnetisk stirrers.
- Trekke ut produktet med blanding løsning av 200 mL H2O og 600 mL diethyl Eter (1:3, v/v) bruke separasjon trakt. Få øvre diethyl Eter laget av løsningen.
- Legge til MgSO4 (10 g) å absorbere fuktighet diethyl Eter løsningen. Filtrere MgSO4 for å få diethyl Eter løsningen ved hjelp av filter papir og trakt.
- Etter fjerning av diethyl Eter løsningen under redusert Trykk på 0,08 MPa bruker roterende fordamperen, løses rester i 5 mL av etanol.
- Sakte fordampe etanol løsemiddelet til å recrystallize produktet i en 10-mL kanne. Få produktet (11.5 g) som gulaktig pulver og avkastningen av produktet er 90% basert på bromoacetophenone. Fra 1H-NMR analyse, 1H-NMR (DMSO): ses 3.78 (s, 3 H, og3), 5,54 (s, 2 H, CH2), 6.82-8.01 (m, 9 H, aromatiske) ppm. 17
7. Hydrodeoxygenation av Lignin-avledet aromatiske Eter
Merk: Den valgte lignin-avledet aromatiske eteren er anisole i dette eksperimentet og katalysator er Ni0,92Nb0,08O. Bruk riktig verneutstyr og avtrekksvifte utføre reaksjonen bruker kreftfremkallende reagenser.
- Utstyre en 50-mL rustfritt stål autoklav reaktor med en ovn og en magnetisk rørestang.
- Redusere Ni0,92Nb0,08O katalysator (1 g) fra trinn 2 i autoklav reaktoren i H2 atmosfære på 400 ° C for 2t og deretter passivate katalysator under Argon (50 mL/min) over natten.
- Oppløses anisole (1.1712 g, 8 wt %) i n-decane (20 mL) med bruk av n-dodecane (0.2928 g, 2 wt %) som en intern standard for kvantitative gass kromatografi (GC) analyse.
- Innføre redusert katalysatorer (0,1 g) i i autoklav reaktoren raskt for å unngå lang eksponeringstid med luft (< 5 minutter).
- Forsegle autoklav reaktoren, rense med H2 gjentatte ganger (3 ganger, på 3 MPa trykk) for å eliminere luften og deretter reaksjonsblandingen atmosfære trøkk.
- Angi omrøring hastigheten på 700 rpm.
- Etter oppvarming til ønsket temperatur på 160-210 ° C på 2 ° C/min, presse autoklav reaktoren til 3 MPa og satt null-tid (t = 0).
Merk: Temperaturområdet på 160-210 ° C er riktig i denne rapporten. - Deretter avkjøle blandingen til romtemperatur på 10 ° C/min umiddelbart og analysere deoxygenated produkter med gass kromatografi med masse selektiv detektor. 17
- Bestemme konvertering av lignin modell sammensatte etter denne formelen:
- Bestemme produkt selektivitet etter denne formelen:
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
X-ray Diffraksjon (XRD) mønstre (figur 1 og figur 2), BET overflaten områdene, temperatur-programmert reduksjon av hydrogen med hydrogen (H2- TPR), skanning elektronmikroskop (SEM) utstyrt med en energi-dispersiv X-ray (EDX ) analyserer, røntgen photoelectron spektroskopi (XPS) ble samlet inn for nanopartikler NiO, Ni-Nb-O og Nb2O5 oksider17 (Figur 3 og Figur 4). XRD, SEM og XPS brukes til å finne fase og morfologi av nanostrukturer. Mekanisk-egenskapene for Ni-Nb-O blandet oksider ble samlet i tabell 1. 17
Strukturen av katalysatorer er tidligere rapportert og diskutert. 17 the X-ray Diffraksjon mønsteret samlet for blandet-oksid dannet av kjemiske nedbør nikkel nitrat og hydrert niobium (V) oksalat (figur 1), er god avtale med det observert i hydrert nikkel oksalat (JCPDS 25-0581) . Etter calcination med blandet-oxide precipitates 2 h på 700 ° C observert toppene på 2θ av 26.8°, 35,2 ° og 52,9 ° (JCPDS 76-2355) er tilsvarende krystallinske NiNb2O6 fase.
X-ray Diffraksjon mønsteret samlet for syntetisert NixNb1-xO hydrogenion etter calcination for 5 h på 450 ° C (figur 2), vise viktigste Diffraksjon fjell i 2θ 37.1 °, 43,2 °, 62.5 °, 74.8 ° og 78.7 °, tilsvarer den (111), (200), (220), (311) og (222) reflections, henholdsvis. Dette er en god avtale på NiO bunsenite krystallstrukturen (JCPDS 89-7130). Dessuten, det tydelig bemerkes at en lav intensitet bred bakgrunn topp vises på ca 26° med økning i Nb lasting, som tilskrives til fremveksten av amorfe niobium oksider som følge av kjemiske nedbør besittelse av Nb5 + og hydroksyl ion18. Ved calcination på 700 ° C, toppene tilsvarer Ni-Nb-O blandet fase er observert i X-ray Diffraksjon mønster av Ni0,8Nb0,2O, som indikerer at eksistensen av amorfe etter calcination på 450 ° C,19 men ikke den krystallinsk Ni-Nb sammensatt fase. Det var dokumentert at høy % av Nb kan føre til dannelse av blandet Ni-Nb-O, f.eks NiNb2O6, Ni3Nb2O8 og Ni4Nb2O9, som ville redusere den katalytisk evne.
Skanning elektronmikroskop analyse viser forskjellig overflaten morfologi av NixNb1-xO nanopartikler fra NiO (Figur 3). I motsetning til godt-definert nanosheet krystallinsk strukturer av det ren NiO, brett-like og svamp-lignende utseende er tydelig observert på som NiO overflaten med små ugyldige områder for Ni0,97Nb0,03O og Ni0,92Nb 0,08O, henholdsvis. 9 svamp-lignende arter er identifisert som den Ni-Nb solid løsningen på grunn av inkorporering av Nb i NiO gitterverk struktur, som følge av sammenlignbare ioniske radius av Ni2 + (0.69 Å) og Nb5 + (0.64 Å) kasjoner. 9 , 20 som et resultat, svamp- / blokk utseende og runde crystallites med færre antall små ugyldige områder er observert for Ni0,85Nb0,15O og Ni0,8Nb0,2O nanopartikler på grunn av økt Nb innhold i utvalget. I tillegg viser energi-dispersiv X-ray kartene at niobium oksid er godt spredt over bulk NiO utvalg (Figur 4). Niobium-beriket overflaten blir ytterligere bekreftet av større overflaten Nb:Ni forholdet av Ni0,92Nb0,08O prøve (0.11/0.92), sammenlignet med bulk teoretiske verdien (0.08/0.92). Dette kan forklares ved det faktum at overflaten av som forberedt Ni-Nb-O er beriket med Ni nanopartikler.
Katalytisk ytelsen til denne som forberedt Ni-Nb-O metal Oxice ble testet med hydrodeoxygenation av anisole som modell reaksjonen. Reaksjonen ble utført i en autoklav reaktoren 3 MPa og 160 ° C. 0,1 g av Ni0,92Nb0,08O katalysator ble plassert i en blanding av 8 wt % anisole og 20 mL n-decane. Etter 2 h, ble 95.3% konvertering oppnådd med 31,8% selektivitet fra anisole til cyclohexane. Etter 12 h, var anisole helt konvertert til ren cyclohexane. I stedet for å utvide reaksjonstid, ble effekten av temperatur på katalytisk resultatene også undersøkt. Innen 2 t, var anisole helt konvertert til cyclohexane hvis temperaturen ble satt på 200 ° C i stedet for 160 ° C. Gjeldende forsøk har vært fokusert på konvertering av andre lignin-avledet modellen sammensatt med høyere molekylvekt undersøke hydrodeoxygenation muligheten for slik katalysator.
Figur 1. XRD mønstre av utløse dannet ved å blande nikkel nitrat og niobium (V) oksalat hydrat i vann på 70 ° C og etter calcination på 700 ° C. JCPDS er komiteens pulver Diffraksjon standarder databasen. JCPDS 76-2355 er Standard XRD referanse mønstre for NiNb2O6 materialer. JPCDS 25-0581 er Standard XRD referanse mønstre for nikkel oksalat hydrat materialer. Dette tallet har blitt endret fra Shaohua Jin et al. 17 Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 2. XRD mønstre av Ni-Nb-O blandet oksid katalysatorer etter calcination på 450 ° C i luften for 5 h. Dette tallet har blitt endret fra Shaohua Jin et al. 17 Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 3. Skanning elektronmikroskop micrographs NiO og Ni-Nb-O blandet oksider. Dette tallet har blitt endret fra Shaohua Jin et al. 17 Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
Figur 4. Scanning elektron mikroskop-bilde, røntgen kart og energi dispersiv X-ray analyse av Scanning elektron mikroskop-bilde. a) Scanning elektron mikroskop-bilde av Ni0,92Nb0,08O. b) X-ray kart over Ni. c) X-ray kart av O. d) X-ray kart over Nb. e) energi dispersiv X-ray (EDX) resultatene av Ni0,92Nb0,08O prøven. Dette tallet har blitt endret fra Shaohua Jin et al. 17 Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.
| Katalysatorer | NB/Ni forholdet | Sspill (m2/g) | d (nm) | Vtotalt (cm3/g) | Crystallite størrelse (nm)en |
| NiO | 0 | 136 | 18 | 0,61 | 9.3 |
| Ni0,97Nb0,03O | 0.031 | 158 | 16,5 | 0,65 | 8 |
| Ni0,92Nb0,08O | 0.087 | 173 | 9.6 | 0.41 | 5.4 |
| Ni0,85Nb0,15O | 0.176 | 139 | 12.5 | 0.43 | 11,8 |
| Ni0,80Nb0,20O | 0,25 | 110 | 12 | 0,33 | 14.5 |
| NB2O5·nH2O | - | 122 | 6.7 | 0,2 | - |
| en bestemte vurderer NiO (200) topp høyere intensitet. | |||||
Tabell 1. Mekanisk-egenskapene til NiO, Nb2O5 og Ni-Nb-O blandet oksider. Denne tabellen er endret fra Shaohua Jin et al. 17
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
En av de vanlige metodene for å forberede nikkel-dopet bulk niobium oksid nanopartikler er roterende fordampning. 9 ved å bruke ulike trykk og temperatur forhold under prosessen med roterende fordamping, nedbør av Ni-Nb-O partikler handel med langsom fjerning løsemiddel. I motsetning til metoden roterende fordampning har metoden kjemiske nedbør i denne studien fått økende oppmerksomhet for å forberede nanopartikler som dette ikke krever fjerning av løsemidler. Den typiske kjemiske nedbør metoder å forberede nanocatalysts, er alkalisk løsning nødvendig å bli addert dropwise i løsning av metalliske saltstoffer over lang tid. 21 i vår undersøkelse, en blanding av ammoniakk hydroksid og natriumhydroksid løsning ble brukt som fremskynde agenter. En av de viktige trinnene i kjemisk nedbør metoden er hastigheten i tillegg fremskynde agent. 22 , 23 må utvises i å kontrollere hastigheten på tillegg av fremskynde agentene, dvsgrunnleggende blandinger, og det beste er kontrollert med en hastighet på en dråpe per sekund. Hvis mulig, kan peristaltiske pumpen brukes til nøyaktig kontroll tillegg av fremskynde agenter.
Bortsett fra tillegg rate er kontroll av temperatur en annen viktig faktor for vellykket nedbør morfologi som forberedt metalloksider er svært avhengig av temperaturen i utarbeidelse. Men det er ikke klart i sammenhengen mellom morfologi av nanopartikler og relaterte katalytisk ytelsen, er optimalisering av forberedelse temperaturen å utvikle effektive nanocatalysts viktig.
Som Brønsted og Lewis syre nettsteder er nødvendig for HDO prosessen å konvertere fenoliske og oksygen inneholder aromatics til hydrokarboner,17 optimalisering av er syre nettstedet beløpet også kritisk faktor å forbedre egenskapene katalytisk nanopartikler. Ifølge relaterte mekanistisk studien av kjemiske nedbør metodene for nanopartikler, mengden Brønsted områdene er svært avhengig av mengden av gjenværende vann på katalyse. 24 derfor, kontrollere tørking periodene og calcination temperaturen av katalysatorer er også avgjørende skritt i protokollen for å optimalisere katalytiske egenskaper av katalysatorer.
Sammenlignet med vanlige hydrogenion forberedelse, har kjemiske nedbør metoden fått økende oppmerksomhet for å forberede nanopartikler. Det er sannsynligvis fordi dette ikke krever fjerning av løsemidler i forberedelsene. Dessuten, denne metoden er i stand til å fremme uniform spredning av metall komponenter og brukte i utarbeidelsen av nanopartikler med relativt større flater. 17 men denne metoden er best å forberede metalloksid katalysator med relativt høyere konsentrasjon av metall ioner som transisjonsmetall elementer. 25 , 26 , 27 derfor, det anbefales ikke å forberede alkaliske metalloksid benytter denne metoden.
Suspensjon behandles deretter av en blanding av natriumhydroksid og ammonium hydroksid vandig løsning ved pH 9 tillate komplett nedbør av gjenværende Ni2 + og Nb5 + kasjoner i utvalget, etterfulgt av vask med deionisert vann gjentatte ganger for å fjerne overflødig Na+ kasjon. Etter påfølgende calcination syntetiske luft ved 450 ° C, er NixNb1-xO nanopartikler forberedt og analysert.
Overflate områder, pore volum og størrelse samlet for syntetisert NixNb1-xO (tabell 1) indikerer at kjemiske nedbør syntese ved å innlemme riktig andelen Nb i NiO (Nb:Ni forholdet < 0.087) kan effektivt øke flater av materialer, siden niobium oksalat brukes forløperen. Dette er også støttet av det faktum at mer porøs struktur kan dannes ved kjemiske nedbryting av hydrert nikkel oksalat med organisk naturen,9 observert i X-ray Diffraksjon mønster (figur 1). Men arealet av NixNb1-xO reduserer betydelig når Nb:Ni forholdet er hevet til 0,15 og 0,25. Dette skyldes trolig dannelsen av stor blokk-lignende crystallites i utvalget. Scherrer formelen brukes til å beregne crystallite størrelsen på forberedt blandet-oksid. Det kan konkluderes at størrelsen på crystallite er nært knyttet til det tilsvarende arealet. Vi vist andre steder at Nb:Ni er en avgjørende faktor i å bestemme katalytisk aktiviteten av oksider mot hydrodeoxygenation av lignin-avledet organiske forbindelser. Med høy Nb % (Nb:Ni > 0.087), inaktiv NiNb2O6 arter ble dannet av reaksjonen amorfe fasen av Nb og NiO, fører til aggregering av NiO og dermed katalysator med lavere areal ble innhentet. Med lavere Nb % (Nb:Ni ≤ 0.087), kan tillegg av niobium oksalat øke arealet av katalysator. Dette er rettet av det faktum at de som utformet Ni oksalat retard krystall veksten av NiO crystallites, som en resultatet katalysator med høyere bestemt område ble innhentet. På den annen side, katalysator med lavere mengde Nb, amorf Nb2O5 kan fremme spredning av NiO crystallites på overflaten, dermed samling av NiO crystallites var hemmet. Den store overflaten (173 m2/g) av Ni0,92Nb0,08O, bestående av Brett-lignende nanosheets, viste den beste aktivitet og selektivitet mot hydrodeoxygenation av anisole til cyclohexane.
I sammendraget viser vi en kjemisk nedbør metode for å forberede Ni-Nb-O oksid katalysatorer. Selv om denne metoden krever relativt høyere konsentrasjon av metall ioner løsning, har det blitt funnet å kunne forberede nanocatalysts med høyere flater, sammenlignet med de fra andre metoder. Dessuten viste det nylig forberedt nanopartikler utmerket katalytisk aktivitet i hydrodeoxygenation av anisole til cyclohexane. Studiet av sine programmer i andre katalytisk systemer som hydrogenering pågår. I tillegg er det forventet at en lignende strategi kan brukes mer i forberedelsen av andre ulike blandet Ni-meg-O oksider eller andre nanomaterialer som dem med Cu2 +, Co2 + med høy bestemt område for ulike nyttig programmer som oksidasjon av alkohol og vann og katalytisk kopling reaksjoner. 28 , 29 , 30
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Vi har ingenting å avsløre.
Acknowledgments
Vi erkjenner takknemlig økonomisk støtte fra National nøkkel Research & Development Program av departementet for vitenskap og teknologi i Kina (2016YFB0600305), National Natural Science Foundation i Kina (nr. 21573031 og 21373038), Program for utmerket talenter i Dalian City (2016RD09) og teknologiske og høyere utdanning Institute of Hong Kong (THEi SG1617105 og THEi SG1617127).
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Niobium(V) oxalate hydrate, 98% | Alfa | L04481902 | |
| Nickel nitrate hexahydrate, 99% | Aladdin | N108891 | |
| Sodium hydroxide, 98% | Aladdin | S111501 | |
| Ammonium hydroxide, 23-25% | Aladdin | A112077 | |
| Anisole, 99% | Sinopharm | 81001728 | |
| Diphenyl ether, 98% | Aladdin | D110644 | |
| Phenol, 98% | Sinopharm | 100153008 | |
| 2-Methoxyphenol, 98% | Sinopharm | 30114526 | |
| Vanillin, 99.5% | Sinopharm | 69024316 | |
| Potassium hydroxide, AR | Aladdin | P112284 | |
| N,N-Dimethylformamide, 99.5% | Sinopharm | 40016462 | |
| 2-Bromoacetophenone,98% | Aladdin | B103328 | |
| Diethyl ether,99.5% | Sinopharm | 10009318 | |
| Decane,98% | Aladdin | D105231 | |
| Dodecane,99% | Aladdin | D119697 | |
| Niobic acid | CBMM | 1313968 | |
| Heating and Drying Oven | DHG Series (shanghai jinghong laboratory instrument co. ltd) | ||
| Autoclave Reactor | CJF-0.05—0.1L (Dalian Tongda Equipment Technology Development Co., Ltd) | ||
| Tube furnace | SK2-1-10/12 (Luoyang Huaxulier Electric Stove Co., Ltd) | ||
| Heating magnetic stirrer | DF-101 (Yu Hua Instrument Co. Ltd.) | ||
| Rotary evaporator | RE-3000A (Shanghai Yarong Biochemical Instrument Factory) | ||
| Synthetic air | |||
| Hydrogen gas | |||
| Argon gas |
References
- Zhou, Y., Yang, M., Sun, K., Tang, Z., Kotov, N. A. Similar topological origin of chiral centers in organic and nanoscale inorganic structures: effect of stabilizer chirality on optical isomerism and growth of CdTe nanocrystals. J. Am. Chem. Soc. 132 (17), 6006-6013 (2010).
- Zhou, Y., et al. Optical Coupling Between Chiral Biomolecules and Semiconductor Nanoparticles: Size-Dependent Circular Dichroism Absorption. Angew. Chem. Int. Ed. 50, 11456-11459 (2011).
- Li, Z., et al. Reversible plasmonic circular dichroism of Au nanorod and DNA assemblies. J. Am. Chem. Soc. 134 (7), 3322-3325 (2012).
- Zhu, Z., et al. Manipulation of collective optical activity in one-dimensional plasmonic assembly. ACS Nano. 6 (3), 2326-2332 (2012).
- Liu, W., et al. Gold nanorod@chiral mesoporous silica core-shell nanoparticles with unique optical properties. J. Am. Chem. Soc. 135 (26), 9659-9664 (2013).
- Han, B., Zhu, Z., Li, Z., Zhang, W., Tang, Z. Conformation Modulated Optical Activity Enhancement in Chiral Cysteine and Au Nanorod Assemblies. J. Am. Chem. Soc. 136, 16104-16107 (2014).
- Rao, C. N. R., Gopalakrishnan, J. New Directions in Solid State Chemistry. , Cambridge University Press. (1989).
- Zhu, H., Rosenfeld, D. C., Anjum, D. H., Caps, V., Basset, J. -M. Green Synthesis of Ni-Nb Oxide Catalysts for Low-Temperature Oxidative Dehydrogenation of Ethane. ChemSusChem. 8, 1254-1263 (2015).
- Heracleous, E., Lemonidou, A. A. Ni-Nb-O Mixed Oxides as Highly Active and Selective Catalysts for Ethene Production via Ethane Oxidative Dehydrogenation. Part I: Characterization and Catalytic Performance. J. Cat. 237, 162-174 (2006).
- Savova, B., Loridant, S., Filkova, D., Millet, J. M. M. Ni-Nb-O Catalysts for Ethane Oxidative Dehygenation. Appl. Catal. A. 390 (1-2), 148-157 (2010).
- Heracleous, E., Delimitis, A., Nalbandian, L., Lemonidou, A. A. HRTEM Characterization of the Nanostructural Features formed in Highly Active Ni-Nb-O Catalysts for Ethane ODH. Appl. Catal. A. 325 (2), 220-226 (2007).
- Skoufa, Z., Heracleous, E., Lemonidou, A. A. Unraveling the Contribution of Structural Phases in Ni-Nb-O mixed oxides in Ethane Oxidative Dehydrogenation. Catal. Today. 192 (1), 169-176 (2012).
- Heracleous, E., Lemonidou, A. A. Ni-Me-O Mixed Metal Oxides for the Effective Oxidative Dehydrogenation of Ethane to Ethylene - Effect of Promoting Metal Me. J. Cat. 270, 67-75 (2010).
- Zhu, H., et al. Nb Effect in the Nickel Oxide-Catalyzed Low-Temperature Oxidative Dehydrogenation of Ethane. J. Cat. 285, 292-303 (2012).
- Sadovskaya, E. M., et al. Mixed Spinel-type Ni-Co-Mn Oxides: Synthesis, Structure and Catalytic Properties. Catal. Sustain. Energy. 3, 25-31 (2016).
- Alvarez, J., et al. Ni-Nb-Based Mixed Oxides Precursors for the Dry Reforming of Methane. Top. Catal. 54, 170-178 (2011).
- Jin, S., Guan, W., Tsang, C. -W., Yan, D. Y. S., Chan, C. -Y., Liang, C. Enhanced hydroconversion of lignin-derived oxygen-containing compounds over bulk nickel catalysts though Nb2O5 modification. Catal. Lett. 147, 2215-2224 (2017).
- Taghavinezhad, P., Haghighi, M., Alizadeh, R. CO2/O2-oxidative dehydrogenation of ethane to ethylene over highly dispersed vanadium oxide on MgO-promoted sulfated-zirconia nanocatalyst: Effect of sulfation on catalytic properties and performance. Korean J. Chem. Eng. 34 (5), 1346-1357 (2017).
- Muralidharan, G., Subramanian, L., Nallamuthu, S. K., Santhanam, V., Kumar, S. Effect of Reagent Addition Rate and Temperature on Synthesis of Gold Nanoparticles in Microemulsion Route. Ind. Eng. Chem. Res. 50 (14), 8786-8791 (2011).
- Sosa, Y. D., Rabelero, M., Treviño, M. E., Saade, H., López, R. G. High-Yield Synthesis of Silver Nanoparticles by Precipitation in a High-Aqueous Phase Content Reverse Microemulsion. J. Nanomater. , 1-6 (2010).
- Morterra, C., Cerrato, G., Pinna, F. Infrared spectroscopic study of surface species and of CO adsorption: a probe for the surface characterization of sulfated zirconia catalysts. Spectrochim. Acta. A Molecul. Biomolecul. Spectrosc. 55, 95-107 (1998).
- Yang, F., Wang, Q., Yan, J., Fang, J., Zhao, J., Shen, W. Preparation of High Pore Volume Pseudoboehmite Doped with Transition Metal Ions through Direct Precipitation Method. Ind. Eng. Chem. Res. 51 (47), 15386-15392 (2012).
- Saleh, R., Djaja, N. F. Transition-metal-doped ZnO nanoparticles: Synthesis, characterization and photocatalytic activity under UV light. Spectrochim. Acta. A Molecul. Biomolecul. Spectrosc. 130, 581-590 (2014).
- Ertis, I. F., Boz, I. Synthesis and Characterization of Metal-Doped (Ni, Co, Ce, Sb) CdS Catalysts and Their Use in Methylene Blue Degradation under Visible Light Irradiation. Modern Research in Catalysis. 6, 1-14 (2017).
- Jin, S., et al. Cleavage of Lignin-Derived 4-O-5 Aryl Ethers over Nickel Nanoparticles Supported on Niobic Acid-Activated Carbon Composites. Ind. Eng. Chem. Res. 54 (8), 2302-2310 (2015).
- Rojas, E., Delgado, J. J., Guerrero-Pérez, M. O., Bañares, M. A. Performance of NiO and Ni-Nb- O Active Phases during the Ethane Ammoxidation into Acetonitrile. Catal. Sci. Technol. 3 (12), 3173-3182 (2013).
- Lee, S. -H., et al. Raman Spectroscopic Studies of Ni-W Oxide Thin Films. Solid State Ionics. 140 (1), 135-139 (2001).
- Mondal, A., Mukherjee, D., Adhikary, B., Ahmed, M. A. Cobalt nanoparticles as recyclable catalyst for aerobic oxidation of alcohols in liquid phase. J. Nanopart. Res. 18 (5), 1-12 (2016).
- Wang, K., Yang, L., Zhao, W., Cao, L., Sun, Z., Zhang, F. A facile synthesis of copper nanoparticles supported on an ordered mesoporous polymer as an efficient and stable catalyst for solvent-free sonogashira coupling Reactions. Green Chem. 19, 1949-1957 (2017).
- Song, Y., et al. High-Selectivity Electrochemical Conversion of CO2 to Ethanol using a Copper Nanoparticle/N-Doped Graphene Electrode. Chemistry Select. 1, 6055-6061 (2016).
