Chemistry
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Sintesi di nanoparticelle metalliche supportate su nanotubi di carbonio con atomi di Co e N drogati e sue applicazioni catalitiche nella produzione di idrogeno
Chapters
Summary December 6th, 2021
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Qui, presentiamo un protocollo per sintetizzare nanoparticelle di Co supportate su nanotubi di carbonio con droganti Co e N per la produzione di idrogeno.
Transcript
Questo protocollo riguarda lo sviluppo di catalizzatori a basso costo e altamente efficienti con prestazioni affidabili e stabilità di lunga durata. Il catalizzatore sviluppato potrebbe essere utilizzato per la produzione di energia rinnovabile e potrebbe persino risolvere il problema della crisi energetica. Il vantaggio di questo studio è quello di costruire atomi metallici sia particellari che atomicamente dispersi sugli stessi supporti del catalizzatore, che possono funzionare sinergicamente per alcuni tipi di reazioni catalizzatriche.
Nell'esplorare il potenziale delle energie rinnovabili per i veicoli per soddisfare le future esigenze normative e di sostenibilità, il rapido sviluppo delle celle a combustibile a idrogeno e dei veicoli, nonché di altri campi correlati, ha efficacemente promosso il progresso della tecnologia energetica dell'idrogeno. Quindi l'obiettivo di questa ricerca è quello di sviluppare un nuovo prototipo di cella a combustibile alimentata a idrogeno utilizzando materiali solidi di stoccaggio dell'idrogeno per l'energia rinnovabile da utilizzare in vari settori come i trasporti, la logistica, eccetera. Inizia pesando 280 grammi di diacido e diammide in un becher da 800 millilitri.
Quindi posizionare il becher in un forno a muffola e aumentare lentamente la temperatura dalla temperatura ambiente a 350 gradi Celsius per la rampa di cinque gradi al minuto. Mantenere la temperatura a 350 gradi Celsius per due ore. Quindi raffreddare il forno mediante raffreddamento naturale.
Macinare i solidi bianchi ottenuti in polvere fine come materiali di nitruro di carbonio nella forma melem. Iniziare mescolando e macinando 10 grammi di nitruro di carbonio sotto forma di melem con 0,218 grammi di acetato di acetil cobalto fino a quando non si osserva il colore omogeneo. Aggiungere sei millilitri di soluzione di acido citrico in questa miscela omogenea e macinare ulteriormente i materiali.
Asciugare i materiali in forno a 60 gradi Celsius per sei ore. Mettere questi materiali in un crogiolo di forma quadrata e poi in un forno tubolare. Riscaldare i materiali a una velocità di riscaldamento di 2,6 gradi Celsius al minuto dalla temperatura ambiente a 800 gradi Celsius e posizionarli sotto un flusso di argon di 100 millilitri al minuto per due ore.
Raffreddare lentamente il forno mediante raffreddamento naturale, quindi pesare i campioni di catalizzatore. Impostare il sistema di cilindri invertiti riempiti d'acqua e la soluzione di lavaggio con acido solforico da 0,1 molari. Collegare il pallone schlenk con la soluzione di lavaggio e il cilindro rovesciato riempito d'acqua.
Mettere 0,04 grammi del catalizzatore nel pallone schlenk e sonicare la soluzione a 40 kilohertz in un bagno ad ultrasuoni per sei minuti. Quindi preparare ad aggiungere 0,04 grammi di borano ammoniacale a 0,948 millilitri di acqua e iniettare un millilitro della soluzione nel reattore per avviare la reazione di idrolisi. Monitorare il calo del livello dell'acqua mentre la reazione procede e registrare attentamente il volume di produzione in momenti designati.
Tracciare un grafico del volume di produzione di idrogeno rispetto al tempo in minuti. Mettere 0,04 grammi di catalizzatore e 10 millilitri di acqua nel pallone schlenk e immergerlo nel bagnomaria a 40 gradi Celsius. Sonicare la soluzione a 40 kilohertz in un bagno ad ultrasuoni per sei minuti, iniettare un millilitro della soluzione di borano ammoniacale al reattore per avviare la reazione di idrolisi, quindi registrare il tempo per il completamento del rilascio di idrogeno.
Iniettare un millilitro della soluzione di borano ammoniacale nel reattore per avviare la reazione di idrolisi, quindi registrare il tempo per il completamento del rilascio di idrogeno. Filtrare il catalizzatore lavandolo tre volte con cinque millilitri di acqua. Quindi guidare il catalizzatore in un forno a 60 gradi Celsius per tre ore.
Posizionare il catalizzatore in 10 millilitri di acqua e sonicare la soluzione a 40 kilohertz in un bagno ad ultrasuoni. Ripeti questi passaggi per 10 cicli. Quindi tracciare un grafico del volume di produzione di idrogeno rispetto ai cicli.
Immergere il matraccio di schlenk contenente il catalizzatore e l'acido solforico 0,5 molare nel bagno d'olio. Mescolare la reazione per due ore, quindi filtrare il solido usando un imbuto buchner. Lavare il solido tre volte con 10 millilitri di acqua deionizzata ogni volta.
Diluire ulteriormente il percolato ottenuto a 250 millilitri in un matraccio tarato da 250 millilitri e raccogliere i solidi lisciviati di nanoparticelle metalliche essiccando a 60 gradi Celsius in un forno. Il pezzo di defrazione a raggi X forte e nitido del cobalto metallico indica una struttura cristallina ben definita, che rimane invariata dopo il riciclo. Mentre i difetti strutturali sono stati studiati utilizzando la spettroscopia Raman.
Lo spettro XPS ha mostrato la presenza di ciascun elemento il loro legame e l'ibridazione di atomi di carbonio durante la formazione delle strutture dei nanotubi di carbonio. L'isoterma di desorbimento ad assorbimento ha dimostrato una superficie specifica di 42,02 metri quadrati per grammo e la distribuzione media delle dimensioni dei pori di 3,6 nanometri. Le immagini SEM e HRTEM hanno raffigurato la struttura tubolare a cinque micrometri delle nanoparticelle di cobalto risultanti dalla crescita catalizzante della nanofibra insieme alla loro mappatura EDS.
La struttura cristallina della nanoparticella di cobalto è stata caratterizzata da una defrazione elettronica ad area selezionata. Il corpo principale della nanofibra di carbonio è stato avvolto da alcuni strati di carbonio di diversi orientamenti e anelli di defrazione. Il contenuto totale di metallo determinato da ICP-OES è risultato essere del 25,1% in peso con il 9,7% in peso di nanoparticelle di cobalto e il 15,4% in peso di drogaggio al cobalto sui nanotubi di carbonio.
Le prestazioni catalitiche del catalizzatore sono state studiate e si è riscontrato che fino alla 10a volta dell'edizione del borano ammoniacale, non vi era alcun evidente declino delle prestazioni catalitiche. È stata studiata anche la legge della velocità di reazione e l'energia di attivazione è stata determinata in 42,8 kilojoule per mole. Evitare di sovraccaricare il forno tubolare con precursori del catalizzatore poiché troppi prodotti di decomposizione potrebbero bloccare il tubo.
Assicurati che la miscela di solidi sia ben miscelata. Attrezzature ad alta energia come la fresatura possono essere utilizzate per facilitare una miscelazione. Questi catalizzatori possono essere applicati in altri tipi di reazioni di trasformazione organica e attivazione di piccole molecole come la protezione dell'idrogeno dalla formazione di acido, la reazione incrociata e la sintesi organica.
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