Co原子およびN原子をドープしたカーボンナノチューブに担持された金属ナノ粒子の合成と水素製造における触媒応用

このプロトコルは、信頼性の高い性能と長年の安定性を備えた低コストで高効率の触媒を開発することを目的としています。開発された触媒は、再生可能エネルギーの生産に使用でき、エネルギー危機の問題を解決することさえできます。この研究の利点は、粒子と原子分散の両方の金属原子を同じ触媒担体上に構築することであり、特定の種類の触媒反応に対して相乗的に機能する可能性がある。

将来の規制と持続可能性のニーズを満たすために車両の再生可能エネルギーの可能性を探求する中で、水素燃料電池と車両、およびその他の関連分野の急速な開発は、水素エネルギー技術の進歩を効果的に促進しました。したがって、この研究の目的は、輸送、物流などのさまざまな分野で使用される再生可能エネルギー用の固体水素貯蔵材料を使用した新しい水素動力燃料電池のプロトタイプを開発することです。280グラムの二酸とジアミドを800ミリリットルのビーカーに計量することから始めます。

次に、ビーカーをマッフル炉に入れ、室温から摂氏350度までゆっくりと温度を上げて、毎分5度のランプにします。温度を摂氏350度に2時間保ちます。その後、自然冷却で炉を冷却します。

得られた白色固体をメレム状の窒化炭素材料として微粉末に粉砕する。均質な色が観察されるまで、10グラムの窒化炭素を0.218グラムのコバルトアセチルアセテートと混合して粉砕することから始めます。この均質な混合物に6ミリリットルのクエン酸溶液を加え、さらに材料を粉砕する。

材料を摂氏60度のオーブンで6時間乾燥させます。これらの材料を正方形のるつぼに入れ、次に管状炉に入れます。室温から800°Cまで毎分2.6°Cの昇温速度で材料を加熱し、毎分100ミリリットルのアルゴン流下に2時間置きます。

自然冷却で炉をゆっくりと冷却し、触媒サンプルを計量します。水で満たされた逆シリンダーシステムと0.1モルの硫酸洗浄液をセットアップします。シュレンクフラスコを洗浄液と水で満たされた倒立シリンダーに接続します。

0.04グラムの触媒をシュレンクフラスコに入れ、超音波浴中で40キロヘルツで溶液を6分間超音波処理する。次に、0.04グラムのアンモニアボランを0.948ミリリットルの水に加える準備をし、1ミリリットルの溶液を反応器に注入して加水分解反応を開始します。反応の進行に伴う水位の低下を監視し、指定された時間に生産量を注意深く記録します。

水素生産量と時間のグラフを分単位でプロットします。0.04グラムの触媒と10ミリリットルの水をシュレンクフラスコに入れ、摂氏40度の水浴に浸します。6分間超音波浴中で40キロヘルツで溶液を超音波処理し、加水分解反応を開始するために反応器に1ミリリットルのアンモニアボラン溶液を注入し、次いで水素放出の完了のための時間を記録します。

1ミリリットルのアンモニアボラン溶液を反応器に注入して加水分解反応を開始し、水素放出が完了するまでの時間を記録します。触媒を5ミリリットルの水で3回洗浄してろ過します。次に、摂氏60度のオーブンで3時間触媒を駆動します。

触媒を10ミリリットルの水に入れ、超音波浴中で40キロヘルツで溶液を超音波処理する。これらの手順を10サイクル繰り返します。次に、水素生産量とサイクルのグラフをプロットします。

触媒と0.5モルの硫酸を含むシュレンクフラスコをオイルバスに浸します。反応物を2時間攪拌し、次いでブフナー漏斗を用いて固体を濾過する。毎回10ミリリットルの脱イオン水で固体を3回洗浄します。

得られた浸出液をさらに250ミリリットルのメスフラスコで250ミリリットルに希釈し、オーブンにて60°Cで乾燥することにより金属ナノ粒子浸出固形分を回収する。金属コバルトの強くて鋭いX線回折片は、明確に定義された結晶構造を示し、リサイクル後も変化しません。一方、構造欠陥はラマン分光法を使用して研究されました。

XPSスペクトルは、カーボンナノチューブ構造の形成中の各元素の結合および炭素原子のハイブリダイゼーションの存在を示した。吸収脱離等温線は、42.02メートル四方/グラムの比表面積と3.6ナノメートルの平均細孔径分布を示した。SEMおよびHRTEM画像は、ナノファイバーの触媒成長に起因するコバルトナノ粒子の5マイクロメートルの管状構造とそのEDSマッピングを示しています。

コバルトナノ粒子の結晶構造は、選択領域電子線回折によって特徴付けられた。カーボンナノファイバーの本体は、配向の異なる数層の炭素と屈折環で包まれていた。ICP-OESによって測定された総金属含有量は、カーボンナノチューブ上のコバルトナノ粒子の9.7%重量およびコバルトドーピングの15.4%重量で25.1%重量であることがわかった。

触媒の触媒性能が研究され、アンモニアボラン版の10回目まで、触媒性能の明らかな低下はなかったことがわかった。反応の速度則も研究され、活性化エネルギーはモルあたり42.8キロジュールであると決定されました。分解生成物が多すぎるとチューブが詰まる可能性があるため、触媒前駆体で管状炉に過負荷をかけないでください。

固形物の混合物がよく混合されていることを確認してください。混合を容易にするために、粉砕などの高エネルギー機器を使用できます。これらの触媒は、他のタイプの有機変換反応や、酸の形成からの水素保護、交差反応、有機合成などの低分子活性化に適用できます。