Chemistry
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Síntesis de nanopartículas metálicas soportadas en nanotubos de carbono con átomos dopados de Co y N y sus aplicaciones catalíticas en la producción de hidrógeno
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Summary December 6th, 2021
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Aquí, presentamos un protocolo para sintetizar nanopartículas de Co soportadas en nanotubos de carbono con Dopantes de Co y N para producciones de hidrógeno.
Transcript
Este protocolo trata de desarrollar catalizadores de bajo costo y altamente eficientes con un rendimiento confiable y una estabilidad duradera. El catalizador desarrollado podría utilizarse para la producción de energía renovable e incluso puede resolver el problema de la crisis energética. La ventaja de este estudio es construir átomos metálicos dispersos tanto en partículas como atómicamente en los mismos soportes catalíticos, que pueden funcionar sinérgicamente para ciertos tipos de reacciones catalíticas.
Al explorar el potencial de la energía renovable para vehículos para satisfacer las futuras necesidades regulatorias y de sostenibilidad, el rápido desarrollo de celdas de combustible de hidrógeno y vehículos, así como otros campos relacionados, ha promovido efectivamente el avance de la tecnología de energía de hidrógeno. Por lo tanto, el objetivo de esta investigación es desarrollar un nuevo prototipo de pila de combustible impulsada por hidrógeno utilizando materiales sólidos de almacenamiento de hidrógeno para energía renovable que se utilizarán en diversos sectores como el transporte, la logística, etc. Comience pesando 280 gramos de diácido y diamida en un vaso de precipitados de 800 mililitros.
Luego coloque el vaso de precipitados en un horno de mufla y eleve lentamente la temperatura de temperatura ambiente a 350 grados centígrados para la rampa de cinco grados por minuto. Mantenga la temperatura a 350 grados centígrados durante dos horas. Luego enfríe el horno por enfriamiento natural.
Moler los sólidos blancos obtenidos en polvo fino como los materiales de nitruro de carbono en forma de melem. Comience mezclando y moliendo 10 gramos de nitruro de carbono en forma de melem con 0.218 gramos de acetato de acetilo de cobalto hasta que se observe el color homogéneo. Agregue seis mililitros de solución de ácido cítrico en esta mezcla homogénea y muele aún más los materiales.
Seque los materiales en un horno a 60 grados centígrados durante seis horas. Coloque estos materiales en un crisol de forma cuadrada y luego en un horno tubular. Caliente los materiales a una velocidad de calentamiento de 2,6 grados centígrados por minuto desde la temperatura ambiente hasta 800 grados centígrados y colóquelos bajo un flujo de argón de 100 mililitros por minuto durante dos horas.
Enfríe lentamente el horno mediante enfriamiento natural, luego pese las muestras del catalizador. Configure el sistema de cilindro invertido lleno de agua y la solución de lavado con ácido sulfúrico molar 0.1. Conecte el matraz schlenk con la solución de lavado y el cilindro invertido lleno de agua.
Introducir 0,04 gramos del catalizador en el matraz schlenk y sonicar la solución a 40 kilohercios en un baño ultrasónico durante seis minutos. Luego prepárese para agregar 0.04 gramos de borano de amoníaco a 0.948 mililitros de agua e inyecte un mililitro de la solución en el reactor para iniciar la reacción de hidrólisis. Controle la caída en el nivel del agua a medida que avanza la reacción y registre cuidadosamente el volumen de producción en los momentos designados.
Trazar un gráfico del volumen de producción de hidrógeno frente al tiempo en minutos. Introducir 0,04 gramos del catalizador y 10 mililitros de agua en el matraz schlenk y sumergirlo en el baño maría a 40 grados centígrados. Sonicar la solución a 40 kilohercios en un baño ultrasónico durante seis minutos, inyectar un mililitro de la solución de borano de amoníaco al reactor para iniciar la reacción de hidrólisis, luego registrar el tiempo para completar la liberación de hidrógeno.
Inyecte un mililitro de la solución de borano de amoníaco al reactor para iniciar la reacción de hidrólisis, luego registre el tiempo para completar la liberación de hidrógeno. Filtre el catalizador lavándolo tres veces con cinco mililitros de agua. Luego conduzca el catalizador en un horno de 60 grados centígrados durante tres horas.
Coloque el catalizador en 10 mililitros de agua y sonicar la solución a 40 kilohercios en un baño ultrasónico. Repita estos pasos durante 10 ciclos. Luego trace un gráfico del volumen de producción de hidrógeno frente a los ciclos.
Sumergir el matraz schlenk que contiene el catalizador y el ácido sulfúrico molar 0,5 en el baño de aceite. Revuelva la reacción durante dos horas, luego filtre el sólido usando un embudo buchner. Lave el sólido tres veces con 10 mililitros de agua desionizada cada vez.
Diluir el lixiviado obtenido a 250 mililitros en un matraz aforado de 250 mililitros y recoger los sólidos lixiviados de nanopartículas metálicas secando a 60 grados centígrados en un horno. La pieza de defracción de rayos X fuerte y aguda de cobalto metálico indica una estructura cristalina bien definida, que permanece sin cambios después de los reciclajes. Mientras que los defectos estructurales se estudiaron mediante espectroscopia Raman.
El espectro XPS mostró la presencia de cada elemento su enlace y la hibridación de átomos de carbono durante la formación de las estructuras de nanotubos de carbono. La isoterma de desorción por absorción demostró un área de superficie específica de 42,02 metros cuadrados por gramo y la distribución promedio del tamaño de poro de 3,6 nanómetros. Las imágenes SEM y HRTEM mostraron la estructura tubular de cinco micrómetros de nanopartículas de cobalto resultantes del crecimiento catalizador de la nanofibra junto con su mapeo EDS.
El cristal en la estructura de la nanopartícula de cobalto se caracterizó por la defracción de electrones de área seleccionada. El cuerpo principal de la nanofibra de carbono estaba envuelto por unas pocas capas de carbono de diferentes orientaciones y anillos de desfracción. Se encontró que el contenido total de metal determinado por ICP-OES era de 25.1% de peso con 9.7% de peso de nanopartículas de cobalto y 15.4% de peso de dopajes de cobalto en los nanotubos de carbono.
Se estudió el rendimiento catalítico del catalizador y se encontró que hasta la 10ª vez de la edición de borano de amoníaco, no hubo una disminución obvia en el rendimiento catalítico. También se estudió la ley de velocidad de reacción y se determinó que la energía de activación era de 42,8 kilojulios por mol. Evite sobrecargar el horno tubular con precursores de catalizadores, ya que demasiados productos de descomposición pueden bloquear el tubo.
Asegúrese de que la mezcla de sólidos esté bien mezclada. Se pueden utilizar equipos de alta energía, como la molienda, para facilitar una mezcla. Estos catalizadores se pueden aplicar en otros tipos de reacciones de transformación orgánica y activación de moléculas pequeñas, como la protección del hidrógeno contra la formación de ácido, la reacción cruzada y la síntesis orgánica.
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