Login processing...

JoVE Journal
Chemistry

This content is Free Access.

JoVE Journal Chemistry

Katalytiska reaktioner vid aminstabiliserade och ligandfria platinananopartiklar som stöds på titania under hydrering av alkener och aldehyder

Dose Uptake of Platinum- and Ruthenium-based Compound Exposure in Zebrafish by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry with Broader Applications

Journal (Chemistry)

Dose Uptake of Platinum- and Ruthenium-based Compound Exposure in Zebrafish by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry with Broader Applications

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

Journal (Chemistry)

Reactive Vapor Deposition of Conjugated Polymer Films on Arbitrary Substrates

Click here for the English version

Katalytiska reaktioner vid aminstabiliserade och ligandfria platinananopartiklar som stöds på titania under hydrering av alkener och aldehyder

Article DOI: 10.3791/63936-v

June 24th, 2022 •

Nils Brinkmann¹, Alexander Damps¹, Michael Siemer¹, Jessica Kräuter¹, Frank Rößner¹, Katharina Al-Shamery¹

¹Institute of Chemistry, Carl von Ossietzky University Oldenburg

Chapters

Summary
Automatic Translation

English (Original)
العربية (Arabic)
中文 (Chinese)
dansk (Danish)
Nederlands (Dutch)
français (French)
Deutsch (German)
עברית (Hebrew)
हिंदी (Hindi)
italiano (Italian)
日本語 (Japanese)
한국어 (Korean)
norsk (Norwegian)
português (Portugese)
русский (Russian)
español (Spanish)
svenska (Swedish)
Türkçe (Turkish)

June 24th, 2022

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the English version.

Detta protokoll visar en lämplig metod för att jämföra de katalytiska egenskaperna hos stödda platinakatalysatorer, syntetiserade genom avsättning av nanostora kolloider eller genom impregnering. Hydreringen av cyklohexen tjänar som en modellreaktion för att bestämma katalysatorernas katalytiska aktivitet.

Transcript

Detta protokoll visar en lämplig metod för att jämföra de katalytiska egenskaperna hos stödda platinakatalysatorer. Hydrogeneringen av cyklohexen fungerar som en modellreaktion för bestämning av den katalytiska aktiviteten. Vår kolloidala syntes är ett lovande tillvägagångssätt förutom impregnerings- och kalcineringsmetoder för tillverkning av heterogena katalysatorer, eftersom detta möjliggör syntes av nanopartiklar i definierad storlek och form.

Eftersom den kolloidala syntesmetoden möjliggör användning av olika ligander som aminer eller tioler, kan platinananopartiklar med andra ligander och deras påverkan på de katalytiska egenskaperna undersökas. Valet av en lämplig ligand är utmanande. En lämplig ligand bör ha stark absorption vid utvalda absorptionsställen, så att desorption förhindras men katalytisk aktivitet fortfarande förekommer.

För att börja, förbered reduktionslösningen genom att lösa 25,4 milligram tetrabutylammoniumborhydrid och 46,3 milligram di-dodecyldimetylammoniumbromid i en milliliter toluen vid rumstemperatur i 10 ml rullat kantglas. Bered sedan metallsaltlösningen genom att först lösa 8,5 milligram av föregångaren platina IV-klorid i 2,5 ml toluen vid rumstemperatur i ett 10-ml rullat kantglas. Efter att platina IV-kloriden har lösts upp, tillsätt 185,4 milligram av liganddodecylamin.

Sedan sonikerar båda lösningarna vid rumstemperatur i en till två minuter i ett ultraljudsbad med en frekvens av 35 kilohertz. Tillsätt hela metallsaltlösningen med en stupdriven pipett med en engångsspets i en 10 ml rundhalskolv. Tillsätt sedan hela volymen av reduktionslösningen till metallsaltlösningen genom chockinjektion under omrörning av lösningen med en magnetisk omrörningsstång i 60 minuter under omgivande förhållanden.

För att rena platinananopartiklarna, överför hela reaktionslösningen med en stupdriven pipett med en engångsspets till ett 80-ml centrifugrör och tillsätt 14 ml metanol. Centrifugera sedan vid 2 561 gånger G i 10 minuter vid rumstemperatur och kassera lösningen efter centrifugering. För att lösa nanopartikelresterna, tillsätt tre milliliter toluen med en störtformad pipett med en engångsspets och överför nanopartikellösningen till ett rullat kantglas för vidare användning.

För att avlägsna syntesrester, överför tre milliliter av de renade platinananopartiklarna i toluen till en 100-ml rundhalskolv och fyll med toluen till en slutlig volym på 50 ml. Värm sedan lösningen till 52 grader Celsius och håll temperaturen i 60 minuter under omrörning av lösningen med en magnetisk omrörningsstång. Lös sedan upp 185 milligram dodecylamin i 2,5 ml toluen i ett 10-ml rullat kantglas vid rumstemperatur och tillsätt denna lösning med en störtdriven pipett med en engångsspets till den värmebehandlade platina DDA-nanopartikellösningen vid 52 grader Celsius.

Värm sedan och rör om lösningen i ytterligare 60 minuter. Efter rening, som visats tidigare, löses platinananopartiklarna upp i tre milliliter n-hexan istället för tre milliliter toluen. Indunsta sedan lösningsmedlet i dragskåpet över natten vid rumstemperatur och omgivningstryck och väg platinananopartiklarna nästa dag.

Sprid titania i n-Hexan vid rumstemperatur i en bägare av lämplig storlek med hjälp av ett ultraljudsbad vid 35 kilohertz. Tillsätt n-Hexan till bägaren som innehåller titania. Efter beredning av en nanopartikellösning av de tidigare tillverkade partiklarna med en masskoncentration av ett milligram per milliliter i n-hexan, tillsätt lösningen till den dispergerade titanian vid rumstemperatur med användning av en engångsspruta med en nål med en flödeshastighet av 0,016 ml per minut med användning av en sprutpump.

Torka sedan det laddade pulvret under omgivande förhållanden över natten i dragskåpet och därefter i 10 minuter i vakuum. Fyll 1 000 milligram titania i en kristalliserande skål och tillsätt vatten tills titania är täckt. Lös sedan upp tre gram klorplatinsyrahexahydrat i 20 ml destillerat vatten och tillsätt den vattenhaltiga lösningen till den inlämnade titania med en 20-ml volymetrisk pipett.

Värm sedan och håll lösningen vid 75 grader Celsius under omrörning med en magnetisk omrörningsstång i fyra timmar tills lösningen är viskös. Torka sedan lösningen i kristallisatorskålen i en dag vid 130 Celsius i en ugn under atmosfäriska förhållanden. För att utföra kalcinering i en temperaturprogrammerad ugn, fyll det tidigare torkade pulvret i en porslinsdegel.

Värm sedan upp till 400 grader inom 30 minuter och håll temperaturen i fyra timmar. Kyl sedan ner provet till rumstemperatur i ugnen utan att använda en temperaturramp. För att minska katalysatorn i en rörugn, värm till 180 grader Celsius med en temperaturramp på fyra grader Celsius per minut och håll temperaturen i 1,5 timmar under ett kontinuerligt flöde av väte.

Efter att ha fyllt värmemanteln med ett önskat värmemedium fyller du den omrörda tankreaktorn med 120 milligram syntetiserad katalysator och 120 ml toluen. Avgasa sedan omrörningstankreaktorn genom att applicera ett vakuum på cirka 360 millibar. För att avlägsna syre, sätt en gummiballong fylld med ett väte med standardatmosfär ovanpå återloppskondensorn och spola omrörningstankreaktorn med väte.

Börja sedan värma och omröra reaktortanken med en magnetisk omrörningsstång under väteatmosfär. När den konstanta temperaturen har uppnåtts, injicera en milliliter av reaktanten cyklohexen via gummiseptumet med en engångsspruta med en nål. Separera katalysatorn från reaktionslösningen med hjälp av ett sprutfilter och fyll vätskan i en injektionsflaska med autosampler som förseglas ordentligt efteråt.

Efter beredning av omrörningstankreaktorn för att testa förgiftningseffekten, injicera 5-metylfural i den inlämnade katalysatorn i toluen och låt blandningen röra i 120 minuter. Tillsätt sedan cyklohexen med en engångsspruta i ett molförhållande på 1:1 och 1:10 i 5-metylfurfural. Använd ett sprutfilter för att separera katalysatorn från reaktionslösningen och fyll vätskan i en injektionsflaska med autosampler som förseglats ordentligt efteråt, som visats tidigare.

För att analysera produkterna med gaskromatografi, injicera proverna i den gaskromatografiska kolonnen och tilldela topparna till de olika ämnena i jämförelse med referensstandarder. Utvärdera gaskromatogrammen med hjälp av 100%-metoden och beräkna den procentuella mängden av varje förening genom att dividera den uppmätta topparean för denna förening med summan av alla toppareor. TEM-avbildningen avslöjade en kvasi-sfärisk form för mindre och delvis asymmetrisk form för större nanopartiklar utan förändringar efter avsättning på titania.

Storleken och formen på de impregnerade katalysatorerna var jämförbara. XP-spektra visade två signaler vid 71, 5 och 74, 8 elektronvolt för platina DDA. Ingen signifikant förändring observerades efter ligandbyte och deponering på titania.

Den impregnerade katalysatorn nedförskjuts emellertid med 0,6 elektronvolt och uppvisar oxiderade platinaarter. I C1s-regionen uppstår tre signaler mellan 289,0 och 284,0 elektronvolt. N1s-spektrumet uppvisar ammonium, amin och ytterligare en ytart vid 402,6, 399,9 och 398,2 elektronvolt.

Ammonium avlägsnas genom ligandbyte. De aminstabiliserade platinananopartiklarna uppvisar en högre cyklohexenomvandling än de aminfria. Små platinananopartiklar uppvisar den högsta omvandlingen efter ligandbyte, upp till 72% I frånvaro av 5-metylfurfural var omvandlingen av cyklohexen 72% medan ökad kvot minskar omvandlingsfrekvensen till 30% respektive 21%.

Platina IV-F-spektra nedförskjuts med 0,6 elektronvolt efter tillsats av 5-metylfurfural till hydrogenering av cyklohexen, medan C1s-spektra avslöjar samma tre signaler som 5-metylfurfural efter hydrering. Mängden kväve minskar i N1s-spektra efter hydrering, vilket indikerar ett partiellt utbyte av dodecylamin med 5-metylfurfural. FTIR-spektrumet för platina DDA efter tillsats av 5-metylfurfural indikerar ett partiellt utbyte med 5-metylfurfural eftersom vibrationslägen för båda visas.

Syre och närvaro av väte över metalliska katalysatorer är farligt. Därför tar vi bort allt syre genom att rensa reaktorn flera gånger med väte. Hydrogeneringen av cyklohexe fungerade endast som modellreaktion.

Vidare kan även andra alkener också användas. Platina nanopartiklar kan syntetiseras i olika storlekar med olika ligander för att påverka de katalytiska egenskaperna. Ligander i heterogena katalysatorer kan erbjuda ett nytt katalytiskt tillvägagångssätt för att kontrollera aktiviteten och selektiviteten hos katalyserade reaktioner förutom partikelstorlek och stödeffekter.

X

Simple Hit Counter