Name: Karbon Nanotüp Üzerinde Katkılı Co ve N Atomları ile Desteklenen Metal Nanopartiküllerin Sentezi ve Hidrojen Üretiminde Katalitik Uygulamaları (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2021-12-06T13:00:00.000+00:00
Duration: 8 min 40 s
Description: Keşfedin, karbon nanotüp üzerinde Co ve N katkılı metal nanopartiküllerin sentezini ve hidrojen üretimindeki katalitik uygulamalarını. Bu yöntem, yenilenebilir enerji için düşük maliyetli ve verimli katalizörler geliştirmeye yardımcı olur.

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

Bu çalışma tamamen Hong Kong Üniversitesi Hibe Komitesi - Kurumsal Gelişim Programı (IDS) İşbirlikçi Araştırma Bursu, hibe numarası UGC / IDS (C) 14 / B (E) 01/19, Fakülte Geliştirme Programı (FDS), hibe numarası UGC / FDS25 / E08/20 tarafından finanse edildi ve kısmen Kurumsal Gelişim Programı (IDS), hibe numarası UGC / IDS (R) 25/20 tarafından finanse edildi.
<div></div>
.

DİKKAT: Okuyucuların, ilgili malzeme güvenlik bilgi formlarından (MSDS) uygun kimyasal işleme için bu makalede açıklanan kimyasalların özelliklerini ve toksisitelerini dikkatlice kontrol etmeleri önerilir. Kullanılan kimyasalların bazıları sağlığa zararlıdır ve özel bakımlar yapılmalıdır. Nanomalzemelerin insan sağlığı üzerindeki etkisi bilinmemektedir ve güvenlik ve sağlık riskleri oluşturabilir. Bu materyallerle cilt yoluyla solunması ve temasından kaçınılmalıdır. Katalizör sentezi sırasında atık gazın duman davlumbazına bırakılması ve hidrojen gazının uygun şekilde havalandırılmasıyla katalizör performans değerlendirmesi gibi güvenlik önlemleri de uygulanacaktır. Kişisel koruyucu ekipmanların her zaman giyilmesi tavsiye edilir. Hidrojen, havada% 4 ila% 74 arasında çok geniş bir yanıcılık aralığına sahip potansiyel olarak patlayıcı bir gazdır. Hidrojen gazının atmosfere düzgün bir şekilde havalandırılmasına özen gösterilmelidir.
1. Melem-C 3N4 materyallerinin sentezi
<ol><li>280 g dicyandiamid (yoğunluk = 1.4 g · cm-3) 800 mL'lik bir beherin içine tartın.</li>
	<li>Yukarıdaki katı ile beheri bir susturucu fırınına yerleştirin ve sıcaklığı oda sıcaklığından 5 ° C · dak-1'lik bir rampa ile yavaşça 350 ° C'ye yükseltin.</li>
	<li>Sıcaklığı 2 saat boyunca 350 ° C'de tutun, fırını doğal soğutma ile soğutun.</li>
	<li>Elde edilen beyaz katıları, melem formunda (DCD-350) C3N4 malzemeleri olarak ince toz halinde öğütün. NOT: Verim 175 g'dır.</li>
</ol>2. Melem-C 3N4 ve Co(acac)2 karışımlarının farklı sıcaklıklarda tavlanması
<ol><li>10.0 g melem-C 3 N 4'ü 0.218 g Co(acac)2 ile karıştırın [Co : melem-C3N4 = 1:200 (ağırlık oranı)]. Homojen renk gözlenene kadar iki katı maddeyi öğütün ve karıştırın.</li>
	<li>6 mL sitrik asit çözeltisi ekleyin (su: etanol = 1:1, sitrik asit = 10 g· L-1) homojen karışıma ve malzemeleri daha da öğütün.</li>
	<li>Malzemeleri 60 °C'de bir fırında 6 saat kurutun.</li>
	<li>Malzemeleri kare şeklinde bir potaya yerleştirin ve ardından boru şeklindeki bir fırına koyun.</li>
	<li>Malzemeleri oda sıcaklığından 800 °C'ye kadar 2,6 °C·min-1 ısıtma hızında ısıtın ve 100 mL·min-1'lik bir Ar akışı altında 2 saat bekletin.</li>
	<li>Doğal soğutma ile fırını yavaşça soğutun.</li>
	<li>Katalizör numunelerinin ağırlığını boşaltın. Burada verim 0.65 g idi.</li>
</ol>3. Amonyak boran hidrolizinden hidrojen salınımının ölçülmesi
<ol><li>Su dolu ters silindir sistemini kurun (Ek Şekil 1).</li>
	<li>0,1 M H2S04 yıkama solüsyonunu ayarlayın.</li>
	<li>Schlenk şişesini yıkama çözeltisine ve su dolu ters çevrilmiş silindire bağlayın.</li>
	<li>Su banyosu sıcaklığını 40 °C'ye ayarlayın.</li>
	<li>Schlenk şişesine 0.04 g katalizör yerleştirin.</li>
	<li>0.948 mL suda 0.04 g amonyak boran içeren suda bir amonyak boran çözeltisi hazırlayın (konsantrasyon = 0.04 g · mL-1).</li>
	<li>Hidroliz reaksiyonunu başlatmak için reaktöre 1 mL NH3BH3 çözeltisi (40 mg · mL-1) enjekte edin.</li>
	<li>Reaksiyon ilerledikçe su seviyesindeki düşüşü izleyin. Üretim hacmini belirlenen zamanlarda, örneğin her 5 saniyelik aralıklarla dikkatlice kaydedin.</li>
	<li>H2 üretiminin hacminin grafiğini dakika cinsinden zamana karşı çizin.</li>
</ol>4. Kinetik çalışmalar
<ol><li>Aktivasyon enerjisinin belirlenmesi<ol><li>Su banyosu sıcaklığını 40 °C'ye ayarlayın.</li>
		<li>Schlenk şişesine 0,04 g katalizör ve 10 mL su koyun ve su banyosuna daldırın. Çözümü 40 dakika boyunca ultrasonik bir banyoda 6 kHz'de sonikleştirin.</li>
		<li>Hidroliz reaksiyonunu başlatmak için reaktöre 1 mL NH3BH3 çözeltisi (40 mg · mL-1) enjekte edin.</li>
		<li>Hidrojen salınımının tamamlanma süresini kaydedin.</li>
		<li>Su banyosu sıcaklığını 35 °C'ye ayarlayan 4.1.1-4.1.4 adımlarını tekrarlayın.</li>
		<li>Yukarıdaki deneyi sırasıyla 30 °C ve 25 °C'de tekrarlayın.</li>
		<li>Aşağıdaki denklemi kullanarak bir grafikte belirli bir oran sabitine karşı zamanı çizin. Ln k ve 1/T'lik bir grafik düz bir çizgi vermelidir. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/62965/62965eq01.jpg"> burada ko spesifik hız sabitini (mol H 2 · g Co-1 · min-1), R ideal gaz sabitidir (8.314 kJ · mol-1), T reaksiyon sıcaklığını (K) temsil eder ve A üstel öncesi faktördür (mol H2 gCo-1 · min-1).</li>
	</ol></li>
	<li>Ciro sıklığının ve spesifik hidrojen üretim hızının belirlenmesi<ol><li>Ciro frekansını aşağıdaki denkleme göre hesaplayın: <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/62965/62965eq02.jpg"> burada nH2 , üretilen hidrojenin molleridir, Δt tam hidrojen salınımı için gereken zamandır ve nM , katalizördeki molar metal miktarıdır.</li>
		<li>Spesifik hidrojen üretim hızını aşağıdakidenklem 42,43'e göre hesaplayın: <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/62965/62965eq03.jpg"> ΔVH2'nin üretilen hidrojenin hacmi olduğu yerde, t, başlatma ve stabilize etme aşamaları için gereken zamandır (örneğin, 40 mg amonyak boran için 70 mL hidrojenin üretildiği zaman, 80 mg amonyak boran için 140mL hidrojenin üretildiği zaman) ve ω M, katalizördeki metal kütlesidir.</li>
	</ol></li>
	<li>[Amonyak boranı] ile reaksiyon hızı arasındaki ilişkinin belirlenmesi<ol><li>Su banyosu sıcaklığını 40 °C'ye ayarlayın.</li>
		<li>Schlenk şişesine 40 mg katalizör ve 10 mL su koyun ve su banyosuna daldırın. Çözümü 40 dakika boyunca ultrasonik bir banyoda 6 kHz'de sonikleştirin.</li>
		<li>Hidroliz reaksiyonunu başlatmak için reaktöre 1 mL NH3BH3 çözeltisi (40 mg · mL-1) enjekte edin.</li>
		<li>Hidrojen salınımının tamamlanma süresini kaydedin.</li>
		<li>Hidroliz reaksiyonunu başlatmak için NH 3 BH 3 çözeltisinin 2 mL'sini (yani, 2 mL başına 80 mg) reaktöre enjekte ederek adım4.3.3'ü tekrarlayın.</li>
		<li>Hidrojen salınımının tamamlanma süresini kaydetmek için sırasıyla NH3 BH 3çözeltisinin 0,5 mL ve 0,25 mL'si (40 mg/mL) ile 4.3.1-4.3.4 adımlarını tekrarlayın.</li>
		<li>Reaksiyon hızını aşağıdaki denklem44'e göre hesaplayın: <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/62965/62965eq04.jpg"> ΔmlH2'nin üretilen hidrojen hacmi olduğu yerde, Δt 70 mL hidrojen salınımı için gereken süredir.</li>
		<li>Ln oranını ve ln[amonyak boranı] karşılaştırmasını çizin ve grafiğin eğimini belirleyin.</li>
	</ol></li>
	<li>[Katalizörler] ile üretim hızı arasındaki ilişkinin belirlenmesi<ol><li>Su banyosu sıcaklığını 40 °C'ye ayarlayın.</li>
		<li>Schlenk şişesine 40 mg katalizör ve 10 mL su koyun ve su banyosuna daldırın. Çözümü 40 dakika boyunca ultrasonik bir banyoda 6 kHz'de sonikleştirin.</li>
		<li>Hidroliz reaksiyonunu başlatmak için reaktöre 1 mL NH3BH3 çözeltisi (40 mg · mL-1) enjekte edin.</li>
		<li>Hidrojen salınımının tamamlanma süresini kaydedin.</li>
		<li>Katalizör miktarını (20 mg, 40 mg, 60 mg, 80 mg) değiştiren 4.4.1-4.4.4 adımlarını tekrarlayın ve hidroliz reaksiyonunu başlatmak için reaktöre 1 mL NH3 BH3 çözeltisini (yani, 40 mg · mL-1) enjekte edin.</li>
		<li>Yukarıdaki çeşitli katalizör miktarlarını kullanmak için hidrojen salınımının tamamlanma süresini kaydedin.</li>
		<li>Reaksiyon hızını aşağıdaki denklem44'e göre hesaplayın: <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/62965/62965eq04.jpg"> ΔmlH2'nin üretilen hidrojen hacmi olduğu yerde, Δt 70 mL hidrojen salınımı için gereken süredir.</li>
		<li>Ln oranını ve ln[katalizör] karşılaştırmasını çizin ve grafiğin eğimini belirleyin.</li>
	</ol></li>
</ol>5. Bisiklet performans testi
<ol><li>Su banyosu sıcaklığını 40 °C'ye ayarlayın.</li>
	<li>Schlenk şişesine 0,04 g katalizör ve 10 mL su koyun ve su banyosuna daldırın. Çözümü 40 dakika boyunca ultrasonik bir banyoda 6 kHz'de sonikleştirin.</li>
	<li>Hidroliz reaksiyonunu başlatmak için reaktöre 1 mL NH3BH3 çözeltisi (40 mg · mL-1) enjekte edin.</li>
	<li>Hidrojen salınımının tamamlanma süresini kaydedin.</li>
	<li>Katalizörü süzün, üç kez suyla (5 mL) yıkayın ve ardından katalizörü fırında (60 ° C) 3 saat kurutun.</li>
	<li>Katalizörü 10 mL suya yerleştirin ve çözeltiyi ultrasonik bir banyoda 40 kHz'de sonikleştirin.</li>
	<li>5.1.3-5.1.5 arasındaki adımları on kez yineleyin.</li>
	<li>Sırasıyla hidrojen üretim hacmini, TOF ve spesifik üretim hızını ve döngüleri çizin.</li>
</ol>6. Saf metal SA'lar CNT elde etmek için metal NP'ler için liç deneyi
<ol><li>Yağ banyosu sıcaklığını 80 °C'ye ayarlayın.</li>
	<li>Schlenk şişesine 0,15 g katalizör ve 50 mL 0,5 M H2SO4 yerleştirin ve yağ banyosuna daldırın.</li>
	<li>Reaksiyonu 2 saat boyunca karıştırın.</li>
	<li>Bir Buchner hunisi kullanarak katıyı filtreleyin ve katıyı deiyonize suyla yıkayın (her biri 10 mL'de 3x). Sızıntı suyunu 250 mL'lik hacimsel bir şişede 250 mL'ye kadar seyreltin.</li>
	<li>Metal nanopartiküller-süzülmüş katıları (sadece Eş katkılı CNT içeren) toplayın ve bir fırında 60 ° C'de kurutun.</li>
</ol>7. Endüktif Eşleşmiş Plazma Optik Emisyon Spektroskopisi (ICP-OES) kullanılarak metal içeriği belirleme
<ol><li>Toplam kobalt metal içeriğinin belirlenmesi<ol><li>Bölüm 2'den 50 mL'lik 2 M asit çözeltisine (HCl: HNO3 = 3:1 mol oranı)45,46 içine yaklaşık 0,02 g hazır katalizörü politetrafloroetilen kaplı paslanmaz çelik bir otoklavın içine yerleştirin.</li>
		<li>Politetrafloroetilen kaplı kabı paslanmaz çelik bombaya yerleştirin ve kapağı sabitleyin.</li>
		<li>Bombayı bir fırına yerleştirin, sıcaklığı 180 ° C'ye ayarlayın ve bombayı 12 saat ısıtın.</li>
		<li>Bombayı çıkarın ve içindekileri boşaltın. Katıyı filtreleyin ve çözünür maddeyi 200 mL deiyonize su ile 250 mL'lik hacimsel bir şişede seyreltin. NOT: Seyreltmenin amacı, metal standart konsantrasyon aralığına, yani 0-40 ppm'ye uyacak şekilde ICP numunelerinin konsantrasyonunu ayarlamaktır.</li>
		<li>Çözümün ICP-OES testini çalıştırın ve toplam Co miktarını ağırlıkça hesaplandı.</li>
	</ol></li>
	<li>CNT üzerindeki kobalt atomu içeriğinin belirlenmesi<ol><li>Adım 6.5'ten 50 mL'ye 2 M asit çözeltisi (HCl: HNO3 = 3: 1 mol oranı)45,46 içine yaklaşık 0,02 g hazır katalizörü politetrafloroetilen kaplı paslanmaz çelik bir otoklavın içine yerleştirin.</li>
		<li>Politetrafloroetilen kaplı kabı paslanmaz çelik bombaya yerleştirin ve kapağı sabitleyin.</li>
		<li>Bombayı bir fırına yerleştirin, sıcaklığı 180 ° C'ye ayarlayın ve bombayı 12 saat ısıtın.</li>
		<li>Bombayı çıkarın ve içindekileri boşaltın. Katıyı filtreleyin ve çözünür maddeyi 200 mL deiyonize su ile 250 mL'lik hacimsel bir şişede seyreltin. NOT: Seyreltmenin amacı, metal standart konsantrasyon aralığına, yani 0-40 ppm'ye uyacak şekilde ICP numunelerinin konsantrasyonunu ayarlamaktır.</li>
		<li>Çözümün ICP-OES testini çalıştırın ve Co atom içeriğinin miktarını ağırlıkça% olarak hesaplayın.</li>
	</ol></li>
	<li>Kobalt nanopartikül (NP) içeriğinin belirlenmesi<ol><li>7.1.5 ve 7.2.5'in metal içeriği arasındaki fark, Co NP'lerin ağırlıkça% 'sidir.</li>
	</ol></li>
</ol>

Açıklayacak hiçbir şeyimiz yok.

Piroliz yöntemi, kontrollü NP boyutlarına sahip çeşitli heteroatom katkılı katı destekler üzerinde tek boyutlu nanomalzemenin sentezinde güçlü stratejilerden biri haline gelmiştir. Örneğin, nanouzay sınırlı piroliz stratejisi Guo ve ark.56 tarafından bildirilmiştir. Kısaca, önceden işlenmiş MWCNT'ler, kobalt ve fosfor öncülleri, N2 atmosferi altında 800 ° C'de pirolize edildi ve N-CNT'de desteklenen CoP NP'ler elde edilebilir. Mikro gözeneklerin varlığı, Co ve P öncüllerinin piroliz sır...

Yenilenebilir enerji üretimi için düşük maliyetli ve yüksek verimli katalizörler geliştirmek, enerji krizini hafifletmek için en kritik ve zorlu sorunlardan biri olmaya devam etmektedir. Bununla birlikte, katalizörlerin hizmet ömrünü uzatmak için güvenilir performansa sahip büyük ölçekli üretim yöntemleri, yüksek üretim maliyeti ve uzun süredir devam eden stabilite gibi çeşitli endişeler nedeniyle pratik uygulamalardan uzaktır. Ulaştırma ve lojistik gibi sanayi sektörleri, verimli operasyonların gerçekleştirilmesinde uzun çalışma saatlerine, yüksek güçlü enerji kaynağına ve minimum yakıt ikmali süresine sahip araçlar ve ekipmanlar için enerji üretimine ihtiyaç duyar 1,2,3. Bu nedenle, yukarıdaki teknik zorlukları ele almak için etkili stratejilerden kapsamlı bir şekilde yararlanılmıştır. Örneğin, metal aktif bölgelerin ve katalizör desteklerinin elektronik yapısını düzenleyerek, metal nano-katalizörlerin spesifik mimarisini tasarlayarak, metal bileşimlerine ince ayar yaparak, ankrajlı desteğin fonksiyonel grup modifikasyonunu yaparak ve içsel aktif bölgelerin sayısını artırmak için morfolojiyi değiştirerek. Son birkaç on yılda, nanopartiküller (NP'ler) çeşitli heterojen kataliz alanlarına hakim olmuştur ve katalitik aktiviteler, NP'lerin boyutunu değiştirerek etkili bir şekilde ayarlanabilir. Sadece son yıllara kadar, yüksek oranda dağılmış tek atomlu katalizörlerin (SAC'ler), benzersiz elektronik yapıları ve koordinasyon ortamları nedeniyle birçok katalitik reaksiyona karşı mükemmel özelliklere sahip oldukları ortaya çıktı. Özellikle, SAC'ler elektrokimyasal reaksiyonlar (HER, ORR, OER) ve elektrokimyasal enerji sistemleri (örneğin, süper kapasitörler, şarj edilebilir piller) gibi enerji dönüşümünde üstün performanslar göstermiştir4,5,6. Hem NP'lerin hem de SAC'lerin katalitik uygulamalarda kendi avantajları ve sınırlamaları olsa da, katalitik reaktiviteyi artırmak için hem NP'lere hem de SAC'lere ihtiyaç duyan reaksiyonlar vardır. Örneğin, Ni ve N-ko-katkılı karbon nanotüp üstyapısında desteklenen Ru NP'ler, asetik asit7'nin yüksek katalitik ıslak hava oksidasyonunu kolaylaştırabilir. Bu sinerjik etki, oda sıcaklıklarında yüksek seçici keton ve aldehitler hidrojenasyonu için Pd1 + NP'ler / TiO2 katalizörleri tarafından da gösterilmiştir8. Sinerjik NP'ler ve SAC'ler kataliz alanını hızlandırmak ve katalitik uygulamaları hakkında daha fazla bilgi edinmek için, kolay bir katalizör sentezi yolu oldukça arzu edilir ve atomik olarak dağılmış aktif bölgenin yüksek yüklerinin getirilmesi, SAC'lerin9'un toplanmasının yüksek eğilimi nedeniyle bir zorluk olmaya devam etmektedir.
Nitroarenlerin hidrojenasyonunda 10, oksijen indirgeme reaksiyonu ve hidrojen evrim reaksiyonu 11,12, lityum-oksijen pillerinin 13'ünde uygulamalar için SAC'leri sentezlemek için çeşitli yöntemler kullanılmıştır. En yaygın strateji, metal öncüllerin emildiği, azaltıldığı ve karşılık gelen desteğin kusurları üzerinde hareketsiz hale getirildiği aşağıdan yukarıya yaklaşımdır. Mononükleer metal kompleksleri ayrıca ilk önce fonksiyonel destek grubuna bağlanabilir, ardından organik ligandların daha sonra çıkarılması ve böylece katalitik işlem için aktif metal bölgeleri oluşturulabilir. Atomik tabaka biriktirme (ALD) muhtemelen reaktanların tekrar tekrar maruz kalması ile substrat üzerinde ince bir film tabakası biriktirerek aşağıdan yukarıya imalat için en sık kullanılan prosedürdür. Katalizör boyutu hassas bir şekilde kontrol edilebilse ve reaktivite büyük ölçüde iyileştirilebilse de14, substratın saflığı oldukça zorlayıcıydı ve metal yükleme nispeten düşüktü, bu nedenle pratik uygulamalar için yüksek üretim maliyetleri ortaya çıktı. Doğrudan emprenye, birlikte çökeltme ve biriktirme-çökeltme gibi çeşitli yöntemler, metal nanopartikülleri yüzey şarj etkileri yoluyla metal oksit ve nitrür gibi destek yüzeylerine hareketsiz hale getirmek için kullanılmıştır. Bununla birlikte, artan metal yükü genellikle metal atomlarının veya nanopartiküllerin önemli aglomerasyonuna ve küme oluşumuna yol açar. Bu nedenle, genellikle, çok seyreltilmiş bir metal çözeltisi gereklidir, böylece katalizörlerin düşük SAC yüklemelerine yol açar15. Fenantrolin gibi amin ligandları, formik asidin seçici dehidrojenasyonu için yüksek derecede aktif Co-Nx aktif bölgelerine sahip atomik olarak dağılmış metal katalizörleri hazırlamak için metal öncüllerle pirolize tabi tutulmak üzere kullanılmıştır. Bununla birlikte, amin öncüllerinde sınırlı sayıda mevcut N atomu nedeniyle metal yükleme nispeten düşüktü (ağırlıkça% 2-316).
Son birkaç on yılda, hidrojen, fosil yakıtların veya kömür, doğal gaz ve benzin gibi hidrokarbonların yerini almak için potansiyel bir alternatif olarak kabul edildi. Şimdiye kadar, ticari hidrojenin yaklaşık% 94'ü, sürecin büyük miktarda sera gazı saldığı fosil yakıtların reform sürecinden hala üretilmektedir.17. Bu nedenle, su elektrolizi gibi yenilenebilir kaynaklardan hidrojen üretimi, tükenmiş fosil kaynaklar ve ciddi karbon emisyonları sorununu çözmenin bir yoludur. Bununla birlikte, düşük hidrojen üretim verimliliği, daha geniş uygulamalarını engellemiştir. Bu nedenle, su bölünmesi için bu kinetik enerji bariyerinin üstesinden gelmek için, son on yılda çok sayıda verimli elektrokatalizör keşfedilmiştir.18. Bir diğer konu ise ortam koşullarında hidrojen gazının gaz ve patlayıcı doğası nedeniyle depolama sorunudur. Sıkıştırma gibi fiziksel depolama yöntemleri, hidrojenin 700-800 bar'a kadar sıkıştırılmasını gerektirecek ve sıvılaştırma ile kriyojenik depolama, -253 ° C'de düşük sıcaklık gerektirecektir.19. Her ne kadar ticarileştirilmiş hidrojen yakıt hücresi ile çalışan araçlar başarılı bir şekilde gösterilmiş olsa da, teknoloji minyatür cihazlar ve mini yakıt hücreleri gibi daha geniş uygulamalarda kullanılacaksa, depolama sorunu henüz çözülmemiştir. Bu nedenle, kimyasal H malzemelerini kullanmanın depolama yöntemleri, hidrojen enerjisi araştırmalarında sıcak odaklardan biri olmuştur. Kimyasal H depolama malzemelerinin bazı örnekleri amonyak boranıdır (AB)20, formik asit (FA)21, amonyak gazı22, sodyum alanat23ve magnezyum hidrit24. Bunlar arasında, AB düşük bir moleküler ağırlığa sahiptir (30.7 g · mol-1), yüksek gravimetrik ve hacimsel yoğunluklar (196 gH2·kg-1 ve 146 gH2· L-1, sırasıyla). Ayrıca, hava ve neme dayanıklı bir bileşiktir, toksik değildir ve suda yüksek oranda çözünür. Çeşitli desteklenen malzemeler üzerindeki metal nanopartiküller, platin (Pt-), paladyum (Pd-), rutenyum (Ru-), kobalt (Co-) ve nikel (Ni-) bazlı katalizörler gibi AB'den hidrojenin üç eşdeğerini serbest bırakmak için yaygın olarak kullanılmıştır. Karbon malzemeler üzerinde desteklenen ko-bazlı heterojen katalizörler, düşük maliyetleri, yüksek bollukları ve iyileşme kolaylıkları nedeniyle özellikle dikkat çekmektedir. Dallanmış polietilenimin süslü grafen oksit üzerinde desteklenen Co NP'ler gibi çeşitli sentetik stratejiler bildirilmiştir.25. Geniş bir yüzey alanına sahip 3D yapı, 2-3 nm boyut aralığında kalan Co NP'lerin stabilizasyonunu sağlar ve NP'lerin toplanmasını önler. Diğer bir strateji, küçük boyutlu Co NP'leri desteklemek için N katkılı karbon malzemeler kullanmaktır. Co(salen) Kullanımı26 ve Co-MOF27 (metal organik çerçeve) öncüsü olarak, sırasıyla N katkılı gözenekli karbon malzemeler üzerinde desteklenen 9.0 nm ve 3.5 nm Co NP'ler hazırlanmıştır. AB hidrolizine karşı stabilite yüksektir ve reaktivite, 10 reaksiyon çalışmasından sonra ilk aktivitenin% 95'inden fazlasını koruyabilir. Son zamanlarda, içi boş mikro / nanoyapılara sahip katalizörler AB hidrolizi için kullanılmıştır. Bu malzemeler geleneksel olarak hidrotermal yöntemlerle hazırlanır ve lityum-iyon piller, süper kapasitörler, kimyasal sensörler ve heterojen kataliz araştırmaları için yaygın olarak kullanılmaktadır. Böylece, AB hidrolizine yönelik bakır-kobalt sinerjisi, içi boş CuMoO ile gösterilmiştir.4-CoMoO428, 104.7 dakikalık yüksek bir TOF verir-1. Diğer yüksek yapısal bağımlı örnekler arasında çekirdek kabuk CuO-NiO / Co bulunur3O429, CoxCu1−xCo2O4@CoyCu1−yCo2O4 yumurta sarısı kabuğu tipi30ve Ni0.4Cu0.6Co2O4 nanodiziler31 ayrıca AB hidrolizine karşı aktif olduğu bulunmuştur. MXenes ve katmanlı çift hidroksitler (LDH'ler) gibi heteroyapılı katalizörler olarak bilinen bir başka yeni tip yeni malzeme, elektrokatalitik ve fotokatalitik reaksiyon için giderek daha fazla kullanılmaktadır.32,33,34,35. NiFe katmanlı çift hidroksit gibi bu malzemeler36,37 ve N katkılı karbon-kobalt borür heteroarayüzlerine sahip CoB-N malzemeleri38 özellikle oksijen evrimi ve indirgeme reaksiyonu için aktiftir. Prensip olarak, amonyak boran gibi hidrojen depolama malzemelerinden hidrojen evrimi reaksiyonları için daha fazla kullanılabilirler.39. Katalizörler ve substratlar arasındaki etkileşimi en üst düzeye çıkarmak da AB hidrolizi için başka bir stratejidir. Chiang ve ark., AB ile başlatılan karmaşık bir tür oluşturmak için grafen oksidin yüzey oksit grubunu kullanmışlardır.40, böylece Ni0.8Pt0.2/GO ve rGO, AB hidrolizine karşı mükemmel reaktivite gösterdi. Co ve Ni bimetalik katalizörleri için destek olarak α-MoC'nin kullanılması, su moleküllerinin aktivasyonuna yardımcı oldu ve ticari Pt / C katalizöründen dört kat daha yüksek olan AB hidrolizine karşı yüksek TOF elde etti.41.
Dicyandiamide ve ilgiliC3N4 malzemelerinin yüksek N içeriğinden yararlanarak, yüksek oranda dağılmış Co- ve N-katkılı karbon nanotüpler üzerinde desteklenen kobalt NP'lerin kolay bir sentezini elde etmek için bir protokol burada sunulmuştur. C3 N4 malzemelerinin pirolizi sırasında oluşan atomik olarak dağılmış Co'dan Co NP'lerin kademeli olarak yerinde oluşumu, 1)Co NP'lerin ve Co katkılarının yüksek oranda dağılmasını sağlar; 2) Co NP'ler katkılı karbon destekleri üzerine güçlü bir şekilde sabitlenebilir ve 3) Co NP'lerin boyutu, pirolizin sıcaklığı ve zamanı ile dikkatlice kontrol edilebilir. Hazır Co / Co-N-CNT'nin, güçlü bir şekilde demirlenmiş Co NP'lerin ve Co katkı maddelerinin su moleküllerinin adsorpsiyon enerjisini düşürme yeteneğinin bir sonucu olarak, hidrojen üretimi için AB'nin hidrolizine karşı üstün stabiliteye sahip olduğu bulunmuştur. Katalizörlerin sentetik protokolünün detayları ve hidrojen üretiminin ölçümü bu raporun odak noktası olacaktır.

<table><tbody><tr><td>Dicyandiamide</td><td>Sigma Aldrich</td><td>D76609</td><td></td></tr><tr><td>Boran-amonyak kompleksi</td><td>Aladdin</td><td>B131882-100g</td><td></td></tr><tr><td>Sitrik asit, %99</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>C0759</td><td></td></tr><tr><td>Kobalt metal standart çözeltisi, NIST Co'dan SRM'ye izlenebilir (NO3) <3> sub> <> sub3<td>Sigma Aldrich</td><td>1.19785</td><td></td></tr><tr><td>Kobalt(II) asetilasetonat, & ge; %99</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>727970</td><td></td></tr><tr><td>Hidroklorik asit, ACS reaktifi</td><td>Sigma Aldrich</td><td>320331-2.5L</td><td></td></tr><tr><td>ICP-OES</td><td></td><td></td><td>dikroik spektral birleştiricili ICP-OES (Agilent 5110)</td></tr><tr><td>Kül fırını</td><td></td><td></td><td>Yüksek Performanslı Hibrit Kül fırını, Hazne: (360 x 250 x 320) mm, Dış: (610 x 545 x 500) mm, Güç (3100W), Vulcan 3-1750)</td></tr> <tr><td>Nitrik asit, saflık. pa, %65.0-67.0</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>84378</td><td></td></tr><tr><td>Sülfürik asit, ACS reaktifi %95-98</td> <td>Sigma Aldrich</td><td>258105</td><td></td></tr><tr><td>Boru tipi fırın</td><td></td><td></td><td>OTF-1200X, 60 mm dış çap tüp boyutu ile (Hefei Kejing)</td></tr><tr><td>Ultrasonik banyo</td><td></td><td></td><td>10L Dijital Tek Frekans 40 kHz Ultrasonik Temizleyici (Biobase)</td></tr></tbody></table>

karbon nanotüp Üzerinde katkılı co ve n atomları ile desteklenen metal nanopartiküllerin sentezi ve hidrojen Üretiminde katalitik uygulamaları

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

Burada atomik olarak dağılmış kobalt ve azot katkısı olan karbon nanotüpler üzerinde desteklenen nanoyapılı katalizörlerin kolay sentezi için bir yöntem sunulmaktadır. Yeni strateji, kobalt (II) asetilasetonat ve azot bakımından zengin organik öncüllerin 800 ° C'de Ar atmosferi altında tek hazneli piroliz işlemine dayanmaktadır ve solucan benzeri morfolojiye sahip Co- ve N- ortak katkılı karbon nanotüp oluşumuna neden olmaktadır. Elde edilen katalizörün, Raman spektroskopisi ile doğrulandığı gibi, yüksek yoğunluklu kusur bölgelerine sahip olduğu bulunmuştur. Burada, kobalt (II) nanopartikülleri, atomik olarak dağılmış kobalt ve azot katkılı karbon nanotüpler üzerinde stabilize edildi. Katalizörün, devir sıklığının 5.87 mol H 2 · mol Co-1 · min-1 olduğu ve spesifik hidrojen üretim hızının2447 mL H 2 · g Co-1 · min-1 olduğu amonyak boranın katalitik hidrolizinde etkili olduğu doğrulandı. Co nanopartikül ve katkılı karbon nanotüpler arasında sinerjik bir fonksiyon, ilk kez hafif bir durumda amonyak boran reaksiyonunun katalitik hidrolizinde önerildi. Yüksek enerji yoğunluğu ve minimum yakıt ikmali süresi ile ortaya çıkan hidrojen üretimi, nakliye ve lojistikte karayolu kamyonları ve forkliftler gibi mobil ve sabit uygulamalar için enerji kaynakları olarak gelecekteki gelişim için uygun olabilir.

Kobalt NP'lerin kristalliğini ve boyutunu belirlemek için X-ışını kırınım paternleri (XRD) elde edilmiştir. Şekil 1'de gösterildiği gibi, metalik kobaltın kübik fazının (111), (200) ve (220) düzlemlerine (sırasıyla 44.2 °, 51.5 ° ve 75.8 ° 'lik 2θ'da) karşılık gelen kırınım zirveleri, JCPDS (Toz Kırınım Standartları Ortak Komitesi) güç kırınım dosyası (kart # 15-0806)47 ile uyumlu olarak mevcuttu. Grafitik karbona (N-CNT'ler) karşılık gelen yaklaşık 26 ° 'lik 2θ'daki ...

Burada, karbon nanotüpler üzerinde desteklenen Co nanopartiküllerini hidrojen üretimleri için Co- ve N- katkı maddeleri ile sentezlemek için bir protokol sunuyoruz.

Karbon Nanotüp Üzerinde Katkılı Co ve N Atomları ile Desteklenen Metal Nanopartiküllerin Sentezi ve Hidrojen Üretiminde Katalitik Uygulamaları

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

Bu protokol, güvenilir performans ve uzun süreli stabilite ile düşük maliyetli ve yüksek verimli katalizör geliştirmekle ilgilidir. Geliştirilen katalizör, yenilenebilir enerji üretimleri için kullanılabilir ve hatta enerji krizi sorununu çözebilir. Bu çalışmanın avantajı, belirli katalizör reaksiyon türleri için sinerjik olarak performans gösterebilen aynı katalizör destekleri üzerinde hem parçacık hem de atomik olarak dağılmış metal atomları oluşturmaktır.Araçların gelecekteki düzenleyici ve sürdürülebilirlik ihtiyaçlarını karşılaması için yenilenebilir enerjinin potansiyelini araştırırken, hidrojen yakıt hücrelerinin ve araçların yanı sıra diğer ilgili alanların hızlı gelişimi, hidrojen enerjisi teknolojisinin ilerlemesini etkili bir şekilde teşvik etmiştir. Bu nedenle bu araştırmanın amacı, ulaşım, lojistik vb. gibi çeşitli sektörlerde kullanılmak üzere yenilenebilir enerji için katı hidrojen depolama malzemeleri kullanan yeni bir hidrojenle çalışan yakıt hücresi prototipi geliştirmektir. 280 gram diasit ve diamid ağırlığını 800 mililitrelik bir beherin içine tartarak başlayın.Daha sonra beheri bir susturucu fırınına yerleştirin ve dakikada beş derecelik rampa için sıcaklığı od

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

Research

JoVE Journal

Chemistry

Kimya

Biz kimyasal buhar biriktirme, asit oksidasyon ve prob ucu sonikasyon dahil olmak üzere bir dizi teknik kullanarak tek tek grafit nanocups sentezini ele. HAuCl sitrat...

Mantar Tıpa olarak Altın Nanopartiküller ile Azot-katkılı Karbon Nanotube Bardaklar sentezi ve fonksiyonlandırmalar

Ayarlanabilir boyutlara ve kristal yapılara sahip sinterlenmemiş ve metal sonlu monometalik ve bimetalik erken geçişli metal karbür ve nitrür nanopartiküllerin sentezi için bir "çıkarılabilir seramik kaplama yöntemi" görsel formatta sunulmaktadır.

Monometalik ve Bimetalik Erken Geçiş Metal Carbide ve Nitrür Nanopartiküller Ters Mikroemülsiyon aracılı sentezi

Yakıt hücreleri için talep üzerine hidrojen üretme yöntemlerinin incelenmesi önemini artırmaya devam ediyor. Bununla birlikte, kimyasalların su ile reaksiyonundan hidrojen evrimini ölçen sistemler karmaşık ve pahalı olabilir. Bu makale, hidrojen gazının evrimini ölçmek için basit, düşük maliyetli ve sağlam bir yöntemi detaylandırmaktadır.

Basit, düşük maliyetli ve Sağlam Sistem Sulu Solutions ile Kimyasal Reaksiyonların tarafından Evolved Hidrojen Sesi Tedbir

Propan dehidrojenasyon için 2 nm destekli bimetalik nanopartikül Pt-Cu katalizörlerinin sentezi için uygun bir yöntem burada bildirilmiştir. In situ sirkrotron X-ışını teknikleri laboratuar aletleri kullanılarak elde edilemeyen katalizör yapısının belirlenmesine olanak tanır.

Propan Dehidrojenasyon için Desteklenen Pt-Cu Katı Solüsyon Nanopartikül Katalizörlerinin Sentezi ve Testi

Sentez ve elektrokimyasal Platin-nikel nanowires test protokolünü açıklar. Nanowires nikel nanowire şablon galvanik yerinden tarafından sentezlenen. Sonrası sentez işleme, hidrojen tavlama dahil olmak üzere, asit leaching ve oksijen tavlama nanowire performans ve dayanıklılık oksijen azaltma tepki olarak optimize etmek için kullanılmıştır.

Platin-nikel Nanowires ve oksijen azaltma performansı için en iyi duruma getirme sentezi

Sünger benzeri ve kat benzeri Ni1-xNbxO nano tanecikleri kimyasal yağış tarafından sentezi için bir protokol sunulmuştur.

Nb2O5 sentezi için kimyasal yağış yöntemi toplu nikel katalizör yüksek belirli yüzey alanı ile modifiye

Burada, biz sentezi için bir iletişim kuralı mevcut ve elektrokimyasal test geçiş metalleri tek atomlarının grafen boş seçici karbon dioksit azaltılması için sulu çözümler karbon monoksit için etkin merkezleri olarak koordine.

Sentez ve elektrokimyasal CO2 azaltılması için geçiş metalleri tek Atom katalizör performans karakterizasyonu

Asil-metal tabanlı nanokompozitlerin sürekli ve ölçeklenebilir sentezi için bir roman Fotokatalitik reaktör geliştirilen ve yapısı, çalışma ilkeleri ve ürün kalitesi optimizasyon stratejileri açıklanmıştır.

Metalik nano tanecikleri tam kontrollü birikimi için sürekli akış Fotokatalitik reaktör

HNbWO6, HNbMoO 6,HTaWO6 katı asit nanosheet modifiye Pt/CNTs sentezi için bir protokol sunulmuştur.

Difenil Eterhidrodeoksijenasyonu için Pt/ CNTs Katalizörlerinin Asitliğini Değiştirme

Bu protokol, nano boyutlu kolloidlerin birikmesi veya emprenye edilmesi ile sentezlenen desteklenen platin katalizörlerinin katalitik özelliklerini karşılaştırmak için uygun bir yöntem göstermektedir. Sikloheksenin hidrojenasyonu, katalizörlerin katalitik aktivitesini belirlemek için bir model reaksiyonu görevi görür.

Alkenlerin ve Aldehitlerin Hidrojenasyonu Sırasında Titania'da Desteklenen Amin Stabilize ve Ligandsız Platin Nanopartiküllerinde Katalitik Reaksiyonlar

Bu protokol, güneş enerjisi kullanılarak karbondioksit ve sudan yeşil yakıt üretimi için MXene destekli CuZn ve NiCo bi-metalik elektrokatalizörlerin üretimine ve elektrokimyasal analizine rehberlik eder.

Ti3C2Tx MXene Destekli CuZn ve NiCo Katalizörleri KullanılarakCO2 ve Sudan Güneş Enerjili Elektrokimyasal Yeşil Yakıt Üretimi

Keşfedin, karbon nanotüp üzerinde Co ve N katkılı metal nanopartiküllerin sentezini ve hidrojen üretimindeki katalitik uygulamalarını. Bu yöntem, yenilenebilir enerji için düşük maliyetli ve verimli katalizörler geliştirmeye yardımcı olur.

Karbon Nanotüp Üzerinde Katkılı Co ve N Atomları ile Desteklenen Metal Nanopartiküllerin Sentezi ve Hidrojen Üretiminde Katalitik Uygulamaları (Video) | JoVE Journal

Karbon Nanotüp Üzerinde Katkılı Co ve N Atomları ile Desteklenen Metal Nanopartiküllerin Sentezi ve Hidrojen Üretiminde Katalitik Uygulamaları

Daha fazla video keşfet