संश्लेषण और mesoporous सिलिका की दीवारों में गोल्ड Intercalated का उत्प्रेरक प्रदर्शन

1Department of Chemistry and Geochemistry, Colorado School of Mines
Published 7/09/2015
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Chemistry

Your institution must subscribe to JoVE's Chemistry section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Summary

Cite this Article

Copy Citation

Ji, Y., Caskey, C., Richards, R. M. Synthesis and Catalytic Performance of Gold Intercalated in the Walls of Mesoporous Silica. J. Vis. Exp. (101), e52349, doi:10.3791/52349 (2015).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

एक आशाजनक catalytically सक्रिय नैनो रिएक्टर के रूप में, mesoporous सिलिका (जीएमएस) में intercalated सोने के नैनोकणों सफलतापूर्वक संश्लेषित किया गया और सामग्री के गुणों की जांच की गई। हम mesoporous सिलिका की दीवारों में सोने के नैनो कणों intercalate के लिए एक एक बर्तन प-जेल दृष्टिकोण का इस्तेमाल किया। संश्लेषण के साथ शुरू करने के लिए, P123 मिसेलस फार्म करने के लिए टेम्पलेट के रूप में इस्तेमाल किया गया था। तब TESPTS सोने के नैनो कणों intercalate करने के लिए एक सतह संशोधन एजेंट के रूप में इस्तेमाल किया गया था। इस प्रक्रिया के बाद, TEOS एसिड वातावरण में एक polymerization की प्रक्रिया से गुजरना पड़ा है, जो एक सिलिका स्रोत के रूप में जोड़ा गया है। जलतापीय प्रसंस्करण और पकाना के बाद, अंतिम उत्पाद का अधिग्रहण किया था। कई तकनीकों सोने intercalated mesoporous सिलिका के porosity, आकृति विज्ञान और संरचना चिह्नित करने के लिए उपयोग किया गया। परिणामों सोने मध्यनिवेश के बाद mesoporous सिलिका की एक स्थिर संरचना दिखाया। एक बेंचमार्क प्रतिक्रिया के रूप में बेंजाइल अल्कोहल के ऑक्सीकरण के माध्यम से, जीएमएस सामग्री उच्च selec से पता चलाtivity और recyclability।

Introduction

कटैलिसीस अनुप्रयोगों में काफी क्षमता है कि एक उभरती हुई प्रौद्योगिकी के रूप में, nanoscale सामग्री पिछले दशकों में गहन अनुसंधान ब्याज प्राप्त हुआ है। Nanoscale में उत्प्रेरक की सूचना के बीच, ऐसी Au, एजी, पीडी और पंडित के रूप में महान धातु उत्प्रेरक दुनिया भर में व्यापक ध्यान 1-3 आकर्षित किया है। चुनें प्रतिक्रियाओं उत्प्रेरक एयू पर पीटी के साथ, बिल्ली पी.डी. उत्प्रेरक पर प्रतिक्रिया है, और पानी के बंटवारे कार्बन मोनोआक्साइड शोधकर्ताओं के ऑक्सीकरण शामिल हैं। होनहार उत्प्रेरक क्षमता के बावजूद, nanoscale के सोने के कारण विषाक्तता, कोकिंग, थर्मल गिरावट, और sintering से क्रियाशीलता छोड़ना को इसके लागू में सीमित है। यह महान धातुओं के लिए एक प्रतिनिधि के रूप में, उच्च चयनात्मकता है और कम धातु लीचिंग होने का खतरा है, पर ऑक्सीकरण, और 4 स्वयं जहर है, कि सोने की सूचना दी गई है। हालांकि, सोने का उत्प्रेरक प्रदर्शन जोरदार कण आकार पर निर्भर करता है। Haruta एट अल। उत्प्रेरक प्रदर्शन और जाने के बीच के रिश्ते को सूचित किया गया हैएलडी क्लस्टर व्यास, कण आकार 2.7 एनएम 5 ~ के साथ सोने के लिए उत्प्रेरक का उच्चतम गतिविधि का प्रदर्शन है।

महान धातुओं के कण आकार तैयारी विधि 6-9 से नियंत्रित किया जा सकता है; हालांकि, व्यापक आवेदन करने की दिशा में प्रमुख बाधा के एकत्रीकरण और गतिविधि के नुकसान बनी हुई है। Sintering की समस्या को हल करने के लिए, एक आम तरीका एक समर्थन सामग्री पर nanoscale कण स्थिर है। विभिन्न समर्थन सामग्री झरझरा सिलिका 10-11, semiconducting धातु आक्साइड 12-13, पॉलिमर 14, graphene के 15 और कार्बन नैनोट्यूब 16 सहित लागू किया गया है। यह thermally और रासायनिक, स्थिर अपेक्षाकृत निष्क्रिय, केवल हल्का अम्लीय है, और बहुत अच्छी तरह से परिभाषित meso- / सूक्ष्म porosity के साथ तैयार किया जा सकता है क्योंकि प्रयुक्त सामग्री के बीच, झरझरा सिलिका एक सहायता के रूप में एक आकर्षक सामग्री है। झरझरा संरचना धातु के कणों के लिए अच्छा समर्थन प्रदान करता है, लेकिन यह भी करने के लिए आकार चयनात्मक सब्सट्रेट पहुँच प्रदान करता हैधातु उत्प्रेरक। इस चयनात्मकता क्योंकि इन झरझरा सामग्री के साथ जुड़े tunability की विशेष रूप से वादा किया है। अक्सर, सोने के कणों इस प्रकार यह मुश्किल सिलिका 19 पर सोने के नैनोकणों तैयार करने के लिए कर रही है, सिलिका सतहों 17-18 पर अत्यंत मोबाइल हो सकता है और आसानी से उच्च तापमान के संपर्क में जब बहुत बड़े (50 + एनएम) unreactive कणों के लिए फार्म पाए जाते हैं। मुखर्जी एट अल। 3-aminopropyl-trimethoxysilane और 3-mercaptopropyl-triethoxysilane, और समर्थित सोने के नैनोकणों से mesoporous सिलिका एमसीएम-41 पर monodispersed सोने के नैनोकणों की सूचना दी स्थिरीकरण हाइड्रोजनीकरण प्रतिक्रियाओं के लिए अत्यधिक सक्रिय होना पाया गया है और सोने का कोई लीचिंग पाया गया था प्रतिक्रिया 20 में।

Mesoporous सिलिका की सतह संशोधन की रिपोर्ट के बाद, हम एक सोने की तैयारी के लिए विधि mesoporous सिलिका (जीएमएस) की दीवार में intercalated की सूचना दी। इसके अतिरिक्त, mesoporous सिलिका समर्थित दृष्टिकोण एक स्केलेबल एपी प्रदान करता हैकरने के लिए proach संभावित स्वतंत्र रूप से उत्प्रेरक और झरझरा वातावरण को बदल। उत्प्रेरक प्रक्रियाओं महत्वपूर्ण आर्थिक महत्व के हैं के बाद से, लाभ दूरगामी हो सकता है। विकसित करने की क्षमता "हरी" उत्प्रेरक पर्यावरण पर एक गहरा सकारात्मक प्रभाव पड़ता है और महत्वपूर्ण औद्योगिक प्रक्रियाओं की आर्थिक व्यवहार्यता और संसाधन क्षमता में सुधार होगा।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

ग्राम के 1. तैयारी

  1. प्राप्त के रूप में निम्नलिखित प्रक्रिया में सभी रसायनों का प्रयोग करें।
  2. हाइड्रोक्लोरिक एसिड (एचसीएल) समाधान के 2 एम के 75 एमएल तैयार करें। पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) का 2.0 जी वजन -block-पाली (प्रोपलीन ग्लाइकोल) -block-पाली (इथाइलीन ग्लाइकॉल) (P123, मेगावाट = 5800) और 2 एम एचसीएल समाधान के लिए तैयार 75 एमएल में हस्तांतरण। P123 पूरी तरह से भंग कर रहा है जब तक आरटी पर, 350 आर / मिनट की गति से समाधान करने के लिए चुंबकीय सरगर्मी लागू होते हैं। समाधान स्पष्ट हो जाएगा।
  3. एक छोटी शीशी और हस्तांतरण बीआईएस के 180 μl में tetraethoxysilane की 4 जी (TEOS, मेगावाट = 208.33) वजन [3 (triethoxysilyl) propyl] -tetrasulfide (TESPTS, मेगावाट = 538.94) शीशी में। धीरे धीरे शीशी दो रसायन मिश्रण करने के लिए हिला। एक और शीशी में, chloroauric एसिड के 38 मिलीग्राम (HAuCl 4, 99.90%) वजन और डि पानी के 1 मिलीलीटर में भंग।
  4. Thermocouple के द्वारा नियंत्रित तापमान के साथ एक तेल स्नान में 35 डिग्री सेल्सियस के लिए P123 समाधान तापमान बढ़ाएँ।
  5. जोड़ें TEOS के मिश्रण के सभी औरTESPTS P123 समाधान के लिए 1.3 चरण में तैयार है, और 700 आर / मिनट की जोरदार चुंबकीय सरगर्मी पर समाधान रहते हैं। 2 मिनट के लिए सरगर्मी समाधान रखें, फिर 30 सेकंड के भीतर कदम 1.3 dropwise में तैयार HAuCl 4 समाधान के सभी जोड़ें।
  6. 35 डिग्री सेल्सियस पर 24 घंटे के लिए 700 आर / मिनट पर सरगर्मी समाधान रखें।
  7. 24 घंटे के बाद, 72 घंटा के लिए 100 डिग्री सेल्सियस पर सेट एक ओवन में एक सीलबंद बोतल और दुकान में समाधान स्थानांतरण। इस जलतापीय प्रसंस्करण कहा जाता है।
  8. जलतापीय प्रसंस्करण के बाद, एचसीएल शेष दूर करने के लिए पानी के साथ दो बार और इथेनॉल धो तो एक कीप के तहत तीन बार एक # 1 निस्पंदन कागज और नकारात्मक दबाव के साथ समाधान फ़िल्टर। प्रत्येक धोने की प्रक्रिया के दौरान, ठोस ऊपर पानी या इथेनॉल 1 सेमी जोड़ सकते हैं और सामग्री शुष्क करने के लिए प्रतीक्षा करें।
  9. 4 घंटे के लिए 550 डिग्री सेल्सियस पर एक चीनी मिट्टी क्रूसिबल और जलाकर राख कर देना करने के लिए निस्पंदन से वर्षा स्थानांतरण। इस प्रकार के रूप रैंप कार्यक्रम तय करें: 25 डिग्री सेल्सियस से 550 डिग्री सेल्सियस के लिए 2 घंटे के लिए, 4 के लिए 550 डिग्री सेल्सियस पर रखनामानव संसाधन, तो तापमान 40 डिग्री सेल्सियस से नीचे गिर जाता है जब तक दरवाजा बंद कर दिया साथ नमूना भट्ठी में रहने की अनुमति देते हैं।
  10. पकाना के बाद, एक प्लास्टिक के रंग के साथ एक कांच की शीशी के लिए उत्पाद हस्तांतरण। संश्लेषित सामग्री एक लाल रंग की है।

2. उत्प्रेरक प्रतिक्रिया, बेंजाइल अल्कोहल के ऑक्सीकरण

  1. बेंजाइल अल्कोहल के ऑक्सीकरण एक अलग विलायक के बिना एक तरल चरण प्रतिक्रिया, उपाय 5 बेंजाइल अल्कोहल (99.8%) के मिलीलीटर और एक 25 मिलीलीटर तीन-गर्दन कुप्पी में स्थानांतरित होता है, तो ग्राम उत्प्रेरक की 10 मिलीग्राम वजन और यह लोबान करने के लिए जोड़ शराब।
  2. प्रतिक्रिया तापमान का सही और वर्दी नियंत्रण सुनिश्चित करने के लिए चुंबकीय सरगर्मी के साथ एक तापमान नियंत्रित तेल स्नान सेट करें।
  3. तेल स्नान में बेंजाइल अल्कोहल और उत्प्रेरक के साथ कुप्पी रखो, तो 100 डिग्री सेल्सियस तापमान सेट और 150 आर / मिनट पर हलचल।
  4. एक जन प्रवाह नियंत्रक द्वारा नियंत्रित 2 मिलीग्राम / मिनट पर कुप्पी में 99.9% शुद्धता के साथ ऑक्सीजन गैस का प्रवाह।
  5. कबतेल स्नान का तापमान तीन गर्दन कुप्पी में ऑक्सीजन गैस का परिचय, 100 डिग्री सेल्सियस तक पहुँच जाता है और स्थिर।
  6. ऑक्सीजन का प्रवाह दर और तापमान स्थिर रखें, और प्रतिक्रिया 6 घंटे के लिए आगे बढ़ने के लिए अनुमति देते हैं।
  7. प्रतिक्रिया के बाद, एक # 1 छानने का काम कागज के साथ उत्पाद फिल्टर। तरल चरण ले लीजिए और एक गैस क्रोमैटोग्राफी (जीसी) शीशी के लिए एक विभाज्य हस्तांतरण। जीसी शीशी में, (उदाहरण के लिए, 36 μl नमूना और 144 μl एसिटिक एसिड का उपयोग करें।) हर एक भाग के नमूने के लिए चार भागों एचपीएलसी ग्रेड एसिटिक एसिड मिश्रण विश्लेषण के लिए एक गैस chromatograph ऑटो पारखी पर शीशी रखो। डि पानी और इथेनॉल के साथ फिल्टर पेपर पर ठोस वेग से धो लें तो हवा में सुखाने के लिए अनुमति देते हैं। पुनर्नवीनीकरण उत्प्रेरक के रूप में एक रंग के साथ सूखे ठोस लीजिए।
  8. पुनर्नवीनीकरण उत्प्रेरक तीन बार के साथ 2.7 के माध्यम से 2.3 कदम से ही प्रयोग प्रक्रिया को दोहराएँ। प्रत्येक दोहराने में, 2.2 कदम में वर्णित अनुपात मैच के लिए बेंजाइल अल्कोहल की मात्रा समायोजित करें।

3. वहाँथर्मल स्थिरता के परीक्षण के लिए ग्राम के मल उपचार

  1. संश्लेषित ग्राम के तीन अलग-अलग 300 मिलीग्राम अंश वजन है, और कांच की शीशियों में उन्हें दुकान। ये बैच 1, नियंत्रण समूह के रूप में बैच 2 और बैच 3. रखें बैच 1 के रूप में चिह्नित है, और थर्मल प्रसंस्करण के लिए एक भट्ठी में बैच 2 और बैच 3 डाल रहे हैं।
  2. 400 डिग्री सेल्सियस पर प्रसंस्करण के लिए इस प्रकार के रूप भट्ठी कार्यक्रम: 400 डिग्री सेल्सियस के लिए 25 डिग्री सेल्सियस से रैंप 0.5 घंटा में, 4 घंटे के लिए 400 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखने के लिए नमूना दरवाजे के साथ भट्ठी में रहने की अनुमति तापमान गिर जाता है जब तक बंद कर दिया 40 डिग्री सेल्सियस से नीचे। एक क्रूसिबल में बैच 2 रखो और कार्यक्रम शुरू करते हैं।
  3. 650 डिग्री सेल्सियस पर प्रसंस्करण के लिए इस प्रकार के रूप भट्ठी कार्यक्रम: दरवाजा बंद कर दिया साथ तापमान नीचे गिर जाता है जब तक 650 डिग्री सेल्सियस के लिए 25 डिग्री सेल्सियस से रैंप 0.75 घंटा, 4 घंटे के लिए 650 डिग्री सेल्सियस पर बनाए रखने के लिए, नमूना भट्ठी में रहने की अनुमति 40 डिग्री सेल्सियस। एक क्रूसिबल में बैच 3 रखो और कार्यक्रम शुरू करते हैं।

4. विशेषताग्राम माल 21,22 की

  1. 60 मिनट के लिए 90 डिग्री सेल्सियस और 480 मिनट के लिए तो 350 डिग्री सेल्सियस: physisorption साधन पर, देगास निम्नलिखित कार्यक्रम के साथ सामग्री ग्राम। Physisorption डेटा प्राप्त करने के लिए degased सामग्री पर पूर्ण इज़ोटेर्म विश्लेषण चलाते हैं।
  2. एक 200 जाल छेददार कार्बन मंदिर ग्रिड पर ग्राम नमूना फैलाने और एक संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप के अंतर्गत नमूना निरीक्षण करते हैं। सामग्री की रक्षा के लिए 44,000X के तहत बढ़ाई प्रतिबंधित करें।
  3. घन Kα विकिरण (λ = 1.5418 क) के साथ भागो एक्सआरडी। सेट 45 केवी की ट्यूब वोल्टेज, और 40 मा की ट्यूब वर्तमान। 0.008 डिग्री के एक कदम के आकार और हर कदम पर 5 सेकंड का एक मापने समय के साथ 2θ रेंज में ° ° के बीच 10 और 90 तीव्रता लीजिए।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

यह विधि कैंसर (HCC4017) फेफड़ों की कोशिकाओं बनाम सामान्य (HBEC30KT) में हीम संश्लेषण के स्तर की तुलना करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। 2 सामान्य फेफड़ों की कोशिकाओं (HBEC30KT) की तुलना में कैंसर की कोशिकाओं (HCC4017) में हीम संश्लेषण के एक उच्च स्तर से पता चलता है। हीम संश्लेषण का स्तर भी माइटोकॉन्ड्रियल uncoupler कार्बोनिल साइनाइड 3-chlorophenylhydrazone (CCCP) की उपस्थिति में सामान्य और कैंसर की कोशिकाओं में मापा गया था। प्रकोष्ठों हीम संश्लेषण के स्तर की माप से पहले 24 घंटे के लिए 10 माइक्रोन CCCP के साथ इलाज किया गया। जैसी कि उम्मीद थी, हीम संश्लेषण का स्तर (चित्रा 2) सामान्य और कैंसर की कोशिकाओं को दोनों में CCCP की उपस्थिति में कमी आई है। यह हीम संश्लेषण succinyl एसीटोन (एसए) से हिचकते जा सकता है कि पहले 5-aminolevulinic एसिड dehydratase हीम जैव में दूसरा एंजाइम है जो (ALAD) के एक शक्तिशाली और विशिष्ट अवरोध करनेवाला दिखाया गया है। संश्लेषित जीएमएस सामग्री संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (मंदिर), एक्स-रे विवर्तन (XRD) और नाइट्रोजन की विशेषता थीphysisorption।

चित्रा 1 (बैच 1 ग्राम) में दिखाया गया है, मंदिर से छवियों mesoporous सिलिका की संरचना का पता चलता है। सिलिका मैट्रिक्स स्थिर दीवार के साथ अच्छी तरह से परिभाषित लंबे चैनलों का गठन। मंदिर से ताकना व्यास mesoporous सिलिका के लिए विशिष्ट है के रूप में आकार में लगभग 5 एनएम और हेक्सागोनल होने की पहचान की थी। मंदिर छवि से सबूत के रूप में सोने के नैनोकणों के स्थिरीकरण, संश्लेषण की प्रक्रिया से प्राप्त किया गया था, स्पष्ट रूप से सतह पर या mesoporous चैनल में वितरित कोई सोने के कणों सोने के कणों को सफलतापूर्वक mesoporous सिलिका मैट्रिक्स की दीवारों में intercalated गया यह दर्शाता है कि वहाँ थे।

आगे सोने के कणों सिलिका मैट्रिक्स की दीवारों में intercalated कर रहे हैं कि क्या स्थापित करने के लिए, नाइट्रोजन physisorption इस्तेमाल किया गया था। 2A चित्रा सोने मध्यनिवेश बिना सिलिका मैट्रिक्स के लिए शर्त physisorption इज़ोटेर्म है, चित्रा 2B में intercalated सोने के साथ ग्राम के लिए हैदीवारों (बैच 1)। आंकड़े से देखा के रूप में, दो पदार्थों के बीच कोई महत्वपूर्ण अंतर था। उन दोनों को एक हिस्टैरिसीस पाश के साथ mesoporous सामग्री के लिए विशिष्ट आकार दिखाया। यह आगे सोने मध्यनिवेश XRD और मंदिर के साथ एक साथ लिया जो ताकना संरचना (ताकना आकार, आकार या मात्रा), पर किसी भी प्रत्यावर्तन थोपना नहीं किया इंगित करता है दृढ़ता से सोना कि infers (सोना दिखा 4 एनएम कणों के रूप में है) कणों सिलिका मैट्रिक्स की दीवारों में हैं।

उत्प्रेरक के रूप में होनहार गोल्ड नैनोकणों, ऊंचा तापमान पर sintering और गतिविधि की कमी से पीड़ित हैं। इस विधि के साथ संश्लेषित जीएमएस सामग्री हीटिंग के बाद मनाया कोई एकत्रीकरण के साथ थर्मल स्थिरता दर्शाती है। कई उच्च तापमान पर इलाज किया जीएमएस सामग्री physisorption विशेषता द्वारा किया गया है। चित्रा 3 ए और 3 बी अलग तापमान पर कैलक्लाइंड जीएमएस सामग्री के लिए शर्त ताकना संरचना और BJH ताकना वितरण कर रहे हैं। जैसाआकृति में संकेत, उच्च तापमान पकाना mesoporous सिलिका मैट्रिक्स को बदल नहीं किया। इसके अलावा, दोनों ताकना संरचना और ताकना वितरण 650 डिग्री सेल्सियस (यानी, सोने के समग्र और ब्लॉक है pores नहीं किया था) के रूप में उच्च तापमान के इलाज के बाद ही बने रहे।

ग्राम में सोने के थर्मल स्थिरता आगे एक्सआरडी द्वारा सत्यापित किया गया था। 4 अलग तापमान पर कैलक्लाइंड जीएमएस सामग्री की XRD पैटर्न है चित्रा। दो चोटियों एयू (110) और Au (111) के लिए corresponded। पीक स्थान, शिखर तीव्रता और शिखर चौड़ाई (एकत्रीकरण और कण आकार के सभी संकेतक) सोने के कणों का आकार या आकृति विज्ञान में परिवर्तन नहीं किया है कि, यह दर्शाता है की वजह से पकाना प्रक्रिया में कोई परिवर्तन नहीं दिखा था। उच्च स्थिरता कठोर परिस्थितियों में उत्प्रेरक प्रतिक्रियाओं के लिए बहुत आशाजनक है।

एक बेंचमार्क के रूप में benzaldehyde को बेंजाइल अल्कोहल के ऑक्सीकरण का उपयोग करना, जीएमएस का उत्प्रेरक गुणों का अध्ययन किया गया। 100 डिग्री सेल्सियस पर, ग्राम सेवा कीऑक्सीकरण प्रतिक्रिया के लिए अच्छा उत्प्रेरक के रूप में। बेंजाइल अल्कोहल का रूपांतरण 44.1% थी, और benzaldehyde की ओर से चयनात्मकता 92.8% थी। ग्राम के पुनर्चक्रण प्रयोगों जीएमएस सामग्री के साथ आयोजित किया गया था; परिणाम तालिका 1 में दिखाया जाता है। के रूप में मेज से देखा जा सकता है, सामग्री का प्रदर्शन अच्छा recyclability के ग्राम। रीसाइक्लिंग प्रयोग के प्रत्येक दौर के लिए, बेंजाइल अल्कोहल का रूपांतरण शायद वजह से स्थानांतरण में उत्प्रेरक के छोटे से नुकसान के लिए, थोड़ा कम किया है। यहां तक ​​कि तीसरी बार रीसाइक्लिंग के बाद, चयनात्मकता 90% के आसपास, एक उच्च स्तर पर बने रहे।

चित्र 1
चित्रा 1. ग्राम सामग्री के मंदिर छवि। संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी के माध्यम से, जीएमएस सामग्री की आकृति विज्ञान मनाया गया। Mesoporous सिलिका ग्राम माल के लिए एक मैट्रिक्स के रूप में कार्य करता है; mesoporous सिलिका की संरचना दो अलग झुकाव में दिखाया गया था। मंदिर छवि स्पष्ट रूप से लंबे समय से अच्छी तरह से परिभाषित सचित्रचैनलों और mesoporous सिलिका की हेक्सागोनल है pores। जीएमएस सामग्री के गठन के दौरान, mesoporous मैट्रिक्स के बुनियादी ढांचे को प्रभावित नहीं कर रहा था। Pores के सोने के नैनो कणों द्वारा अवरुद्ध नहीं कर रहे थे इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र 2
सिलिका मैट्रिक्स और जीएमएस सामग्री चित्रा 2. शर्त ताकना संरचना। (ए) सोने मध्यनिवेश बिना mesoporous सिलिका मैट्रिक्स की शर्त ताकना संरचना। (बी) जीएमएस सामग्री की शर्त ताकना संरचना। नाइट्रोजन physisorption आगे ताकना स्थिरता साबित करने के लिए इस्तेमाल किया गया था। पूर्ण इज़ोटेर्म physisorption नियंत्रण समूह के रूप में mesoporous सिलिका के साथ ग्राम सामग्री पर प्रदर्शन किया गया था। IUPAC द्वारा परिभाषित के रूप में दोनों mesoporous सिलिका और जीएमएस सामग्री की इज़ोटेर्म ठेठ mesoporous सामग्री के लिए हिस्टैरिसीस पाश के साथ इज़ोटेर्म दिखाया। गुसोने के नैनो कणों का ई गठन चैनल और न ही mesoporous मैट्रिक्स में pores अवरुद्ध नहीं किया गया था। इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्र तीन
चित्रा 3. शर्त ताकना संरचना (ए) और विभिन्न उच्च तापमान पर कैलक्लाइंड। जीएमएस सामग्री की BJH ताकना वितरण (बी) नाइट्रोजन physisorption फिर जीएमएस सामग्री के थर्मल स्थिरता की जांच के लिए इस्तेमाल किया गया था। सामग्री 400 डिग्री सेल्सियस पर इलाज किया गया और 650 डिग्री सेल्सियस के रूप में तैयार ग्राफ में के रूप में चिह्नित किया गया है, जो मूल सामग्री के साथ ही मापा गया। अलग तापमान पर कैलक्लाइंड जीएमएस सामग्री के लिए, कोई बदलाव नहीं इज़ोटेर्म या BJH ताकना वितरण में मनाया गया। परिणामों जीएमएस सामग्री mesoporous मैट्रिक्स में कोई संरचनात्मक परिवर्तन के साथ, उच्च तापमान पर स्थिर thermally था कि साबित कर दिया। <एक href = "https://www.jove.com/files/ftp_upload/52349/52349fig3highres.jpg" लक्ष्य = "_blank"> इस आंकड़े का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

चित्रा 4
जीएमएस सामग्री की चित्रा 4. XRD पैटर्न अलग तापमान पर कैलक्लाइंड। एक्स-रे विवर्तन सोने के नैनोकणों के थर्मल स्थिरता को दिखाने के लिए इस्तेमाल किया गया था। 400 डिग्री सेल्सियस और 650 डिग्री सेल्सियस पर इलाज सामग्री के रूप में तैयार ग्राफ में के रूप में चिह्नित किया गया है, जो मूल सामग्री के साथ ही मापा गया। उच्च तापमान पकाना के दौरान सोने के नैनोकणों के शिखर स्थान और चोटी ऊंचाई है कि सोने के नैनोकणों संरचना, चरण, या आकृति विज्ञान में बदल नहीं किया था, साबित परिवर्तन के माध्यम से जाना नहीं था। यह आंकड़ा का एक बड़ा संस्करण देखने के लिए यहां क्लिक करें।

तालिका 1. रूपांतरण एकजीएमएस साथ बेंजाइल अल्कोहल ऑक्सीकरण की डी चयनात्मकता तीन बार साफ किया।

बेंजाइल अल्कोहल का रूपांतरण (%) Benzaldehyde के चयनात्मकता (%)
जीएमएस 1 सेंट चक्र 44.1 92.8
ग्राम 2 एन डी चक्र 37.2 89.6
जीएमएस 3 चक्र 35.3 90.1

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

संश्लेषण प्रोटोकॉल के भीतर, पृष्ठसक्रियाकारक एकाग्रता, समाधान और प्रतिक्रिया तापमान का पीएच को ध्यान जीएमएस के सफल गठन के लिए महत्वपूर्ण है। महत्वपूर्ण कदम 1.2, 1.3, 1.4 और 1.6 रहे हैं। जैसा कि ऊपर उल्लेख मापदंडों पृष्ठसक्रियाकारक से गठित मिसेलस की आलोचना की पैकिंग पैरामीटर और चरण नियंत्रित करते हैं। मिसेल के चरण और आकृति विज्ञान ग्राम के लिए ढांचे के रूप में कार्य करता है जो सिलिका मैट्रिक्स, की अंतिम अवस्था निर्धारित करता है। इसके अलावा गठन की प्रक्रिया में महत्वपूर्ण दृश्य और HAuCl समाधान जोड़ने के लिए समय है। TEOS और TESPTS क्रमशः, सिलिका स्रोत और सतह संशोधन एजेंट के रूप में काम करते हैं। दो रसायन जोड़ने पहले मिसेलस पर सिलिका के समुचित polymerization सुनिश्चित करता है और आगे सोने की नैनो समूहों के रूप में करने के लिए सोने के परमाणुओं को आकर्षित करेगा जो सिलिका दीवार में सल्फर बांड को शामिल किया गया। उचित क्रम और समय सोने के कणों के बजाय सतह पर छितरी की सिलिका मैट्रिक्स की दीवारों में intercalated किया जाएगा सुनिश्चित करते हैं।

इस दृष्टिकोण के साथ ग्राम के संश्लेषण mesoporous सिलिका का समर्थन करता है में सोने के कणों immobilizing के नए प्रतिमान प्रदान करता है। ग्राम महान थर्मल स्थिरता, उच्च उत्प्रेरक गतिविधि और अच्छा recyclability को दर्शाती है के रूप में, इस सामग्री बैच उत्पादन और औद्योगिक उत्प्रेरक प्रक्रिया में आवेदन में बहुत आशाजनक है। सोने के सफल मध्यनिवेश भी इसी प्रोटोकॉल के तहत अन्य catalytically सक्रिय धातुओं के मध्यनिवेश की संभावना के साथ अवधारणा अध्ययन का एक सबूत है। संशोधन AGMs, PtMS और PDMS के संश्लेषण के लिए इस प्रोटोकॉल के लिए बनाया जा सकता है। संशोधन प्रक्रिया बस 1.3 चरण में वर्णित के रूप में धातु नमक बदलकर समायोजित किया जा सकता है। एजी, पंडित या पी.डी. नमक इसी के साथ chloroauric एसिड बदलें। संशोधन भी सूचना दी प्रक्रियाओं के अनुसार सोने के नैनो कण आकार में फेरबदल और मध्यनिवेश प्रक्रिया 23 का पालन करके बनाया जा सकता है। इस संश्लेषण विधि के और विस्तार intercalating पहलू नियंत्रित धातु के लिए बनाया जा सकता हैकण, धातु आक्साइड, और नैनो धातु मिश्र धातुओं।

इस संश्लेषण प्रोटोकॉल प्रयोगात्मक मापदंडों के सटीक नियंत्रण की आवश्यकता है। कदम 1.2 और 1.3 में सूचीबद्ध के रूप में विफलता के मामले में, समस्या निवारण समाधान एकाग्रता पर ध्यान केंद्रित किया जा सकता है। ध्यान से तापमान की निगरानी भी चरणों 1.4 और 1.6 के साथ जुड़े विशेष संवेदनशीलता के साथ महत्वपूर्ण है। हम समाधान के तापमान में 0.5 डिग्री सेल्सियस का एक परिवर्तन एक असफल तैयारी में परिणाम कर सकते हैं कि मनाया है।

रिसर्च के प्रयासों के कई वर्षों के लिए मजबूत उत्प्रेरक बनाने के लिए सोने के कण स्थिरता की चुनौती को संबोधित करने के लिए निर्देशित किया गया है। इस तरह के प्रारंभिक नमी और प्रत्यक्ष वर्षा के रूप में सोने की नैनो कणों की तैयारी के पारंपरिक तरीकों के साथ तुलना में, इस विधि जीएमएस इस प्रकार स्थायित्व के उच्च स्तर को प्राप्त करने, सिलिका की दीवारों के ढांचे में सोने के नैनो कणों को स्थिर कर सकते हैं बनाने के लिए। समर्थक के रूप में वर्णित मजबूती थर्मल स्थिरता प्रयोग द्वारा पुष्टि की गई हैcedure 3।

बेंचमार्क प्रतिक्रिया के रूप में बेंजाइल अल्कोहल के ऑक्सीकरण का उपयोग करना, जीएमएस सामग्री सक्रिय और recyclable साबित हो रहा है। इसी तरह की सामग्री (जीएमएस, PtMS, PDMS, आदि) के आवेदन एक हरे और टिकाऊ भविष्य प्रदान करने के लिए एक नया दृष्टिकोण प्रदान करने, ऐसे पाइरोलाइसिस, पानी बंटवारे और अपशिष्ट निपटान के रूप में उत्प्रेरक प्रक्रियाओं के लिए बढ़ाया जा सकता है।

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol) Aldrich 435465-250ML
tetraethoxysilane TCI 201-083-8
bis[3-(triethoxysilyl)propyl]-tetrasulfide GELEST SIB1825.0-100GM
chloroauric acid Aldrich 520918-1G
benzyl alcohol Sigma-Aldrich 305197-1L
nitrogen physisorption Micromeritics Tristar II
X-ray diffraction Philips X'Pert Pro
transmission electron microscopy Philips CM200
gas chromatography Shimadzu GC-2010

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Liguras, D. K., Kondarides, D. I., Verykios, X. E. Production of hydrogen for fuel cells by steam reforming of ethanol over supported noble metal catalysts. Appl. Catal. B-Environ. 43, (4), 345-354 (2003).
  2. Gelin, P., Primet, M. Complete oxidation of methane at low temperature over noble metal based catalysts: a review. Appl. Catal. B-Environ. 39, (1), 1-37 (2002).
  3. Lu, S. F., Pan, J., Huang, A. B., Zhuang, L., Lu, J. T. Alkaline polymer electrolyte fuel cells completely free from noble metal catalysts. Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 105, (52), 20611-20614 (2008).
  4. Ma, C. Y., et al. Catalytic oxidation of benzyl alcohol on Au or Au–Pd nanoparticles confined in mesoporous silica. Applied Catalysis B: Environmental. 92, (1-2), 202-208 (2009).
  5. Bamwenda, G. R., Tsubota, S., Nakamura, T., Haruta, M. The influence of the preparation methods on the catalytic activity of platinum and gold supported on TiO2 for CO oxidation. Catalysis Letters. 44, (1-2), 83-87 (1997).
  6. Brown, K. R., Walter, D. G., Natan, M. J. Seeding of colloidal Au nanoparticle solutions. 2. Improved control of particle size. 12, (2), 306-313 (2000).
  7. Niesz, K., Grass, M., Somorjai, G. A. Precise control of the Pt nanoparticle size by seeded growth using EO13PO30EO13 triblock copolymers as protective agents. Nano Lett. 5, (11), 2238-2240 (2005).
  8. Yuranov, I., et al. Pd/SiO2 catalysts: synthesis of Pd nanoparticles with the controlled size in mesoporous silicas. J. Mol. Catal. A-Chem. 192, 1-2 (2003).
  9. Brinas, R. P., Hu, M. H., Qian, L. P., Lymar, E. S., Hainfeld, J. F. Gold nanoparticle size controlled by polymeric Au(I) thiolate precursor size. J. Am. Chem. Soc. 130, (3), 975-982 (2008).
  10. Zhu, H. G., Liang, C. D., Yan, W. F., Overbury, S. H., Dai, S. Preparation of highly active silica-supported Au catalysts for CO oxidation by a solution-based technique. J. Phys. Chem. B. 110, (22), 10842-10848 (2006).
  11. Gabaldon, J. P., Bore, M., Datye, A. K. Mesoporous silica supports for improved thermal stability in supported Au catalysts. Top. Catal. 44, (1-2), 253-262 (2007).
  12. Li, F. B., Li, X. Z. The enhancement of photodegradation efficiency using Pt-TiO2 catalyst. Chemosphere. 48, (10), 1103-1111 (2002).
  13. Sakthivel, S., et al. Enhancement of photocatalytic activity by metal deposition: characterisation and photonic efficiency of Pt, Au and Pd deposited on TiO2 catalyst. Water Res. 38, (13), 3001-3008 (2004).
  14. Jia, C. G., Wang, Y. P., Feng, H. Y. Preparation and Catalytic Properties Of Polymer-Supported Fe-Co-Cu And Fe-Co-Au Pentametallic Clusters. React. Polym. 18, (3), 203-211 (1992).
  15. Yu, X. Q., et al. Reduced graphene oxide supported Au nanoparticles as an efficient catalyst for aerobic oxidation of benzyl alcohol. Appl. Surf. Sci. 280, 450-455 (2013).
  16. Xu, Y. Y., et al. Au@Pt core-shell nanoparticles supported on multiwalled carbon nanotubes for methanol oxidation. Catal. Commun. 13, (1), 54-58 (2011).
  17. Baker, C. O., et al. Size Control of Gold Nanoparticles Grown on Polyaniline Nanofibers for Bistable Memory Devices. ACS Nano. 5, (5), 3469-3474 (2011).
  18. Wei, G. -T., Yang, Z., Lee, C. Y., Yang, H. Y., Wang, C. R. Aqueous−Organic Phase Transfer of Gold Nanoparticles and Gold Nanorods Using an Ionic Liquid. J. Am. Chem. Soc. 126, (16), 5036-5037 (2004).
  19. Gadenne, B., Hesemann, P., Moreau, J. E. Supported ionic liquids: ordered mesoporous silicas containing covalently linked ionic species. Chemical Communications. 15, 1768-1769 (2004).
  20. Yang, J. H., et al. Understanding preparation variables in the synthesis of Au/Al2O3 using EXAFS and electron microscopy. Applied Catalysis A: General. 291, (1-2), 73-84 (2005).
  21. Chen, L. F., et al. Intercalation of aggregation-free and well-dispersed gold nanoparticles into the walls of mesoporous silica as a robust ‘green’ catalyst for n-alkane oxidation. Journal of the American Chemical Society. 131, 914-915 (2009).
  22. Wang, X., et al. Nanoscale gold intercalated into mesoporous silica as a highly active and robust catalyst. Nanotechnology. 23, 294010-294018 (2012).
  23. Chen, L. F., et al. Controlled synthesis of nanoscale icosahedral gold particles at room temperature. Chemcatchem. 4, 1662-1667 (2012).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats