Nb2O5 의 합성을 위한 화학 강 수 방법을 수정할 높은 특정 표면 영역으로 대량 니켈 촉매

요약

스폰지 같은 배와 같은 Ni_{1 x}화학 강 수에 의해 Nb_xO 나노 입자의 합성에 대 한 프로토콜 제공 됩니다.

초록

Ni_xNb_1-xO 촉매 스폰지 같은 배 같은 nanostructures의 합성 하는 방법을 설명합니다. Nb:Ni 비율, Ni_xNb_1-xO 나노 입자와 다른 원자 작곡의 일련을 변화 하 여 (x = 0.03, 0.08 0.15 0.20) 화학 강 수에 의해 준비 되었다. 이 Ni_xNb_1-xO 촉매 x 선 회절, 엑스레이 광전자 분광학, 그리고 스캐닝 전자 현미경 검사 법에 의해 특징. 연구 결과 밝혀 Ni_0.97Nb_0.03O의 스폰지 같은 배와 같은 모양 및 Ni_0.92Nb_0.08O NiO 표면, 그리고 이러한 Ni_xNb_1-xO 촉매, 일괄와 비교의 더 큰 표면 영역에 NiO입니다. Ni_0.92Nb_0.08O 촉매에 대 한 173 m²/g의 최대 표면적을 얻을 수 있습니다. 또한, 합성된 Ni_0.92Nb_0.08O 촉매를 사용 하 여 리그 닌에서 파생 된 화합물의 촉매 hydroconversion 조사는.

서문

나노 복합 재료의 준비는 다양 한 분야에서 그들의 중요 한 응용 프로그램으로 인해 증가 관심을 받고 있다. 준비 하려면 Ni-Nb-O 혼합 산화물 나노 입자,^1,2,3,4,,56 다른 방법 건조 혼합 방법,^{7, 같은 개발 되었습니다. 15} ,¹⁴ 열 분해 방법,^{9,10,11,,1213} sol 젤 방법, ⁸ 증발 방법 및 자동-연소입니다. ¹⁶ 일반적인 증발 방법⁹, 금속 선구자의 적절 한 금액을 포함 하는 수성 솔루션 니켈 질 산 hexahydrate 및 암모늄 븀 oxalate가 열 되었다 70 ° c.에 용 매와 추가 건조와 calcination의 제거 후 혼합된 산화물 얻은 했다. 이러한 산화 촉매 전시 우수한 촉매 활동 및 NiO 격자에 이종 수의 설립에 의해 유도 된 전자 및 구조상 재배열에 관련 되어 탄의 산화 dehydrogenation (ODH)으로 선택 . ¹¹ Nb의 삽입은 크게 탄¹²의 산화 반응에 대 한 책임은 electrophilic 산소 종을 감소 합니다. 결과적으로,이 방법의 확장의 다른 유형의 혼합된 Ni-나-O 산화물, 준비에 수행 되었습니다 어디 날 리, Mg, Al, Ga, Ti, Ta =. ¹³ 금속 dopants의 변형 NiO의 비선택적 electrophilic 산소 급진 파를 변경할 수 있습니다, 따라서 체계적으로 조정 ODH 활동 및 탄 쪽으로 선택 발견 된다. 그러나, 일반적으로이 산화물의 표면적은 상대적으로 작은 확장된 단계 분리와 대형 주의₂O₅ 정자의 형성 (< 100 m²/g), 따라서 다른 촉매에 그들의 사용을 방해 하 고 응용 프로그램입니다.

건조 방법, 일컬어 고체 연 삭 방법, 혼합 방법은 또 다른 일반적으로 사용 되 혼합 산화물 촉매를 준비 하. 촉매 재료 용 매 자유로운 방법으로 얻을 수 있습니다, 이후이 메서드는 혼합 산화물의 준비에 유망한 녹색과 지속 가능한 대안을 제공 합니다. 이 방법에 의해 얻은 가장 높은 표면적은 172 m²/g Ni₈₀Nb calcination 온도 250 ° c에₂₀ ^{그러나 8} , 고체 방법이 아니다 신뢰할 수 있는 반응 원자 가늠 자에 잘 혼합 하지. 따라서, 화학 동질성 및 특정 입자 크기 분포 및 형태학의 더 나은 제어를 위한 다른 적당 한 방법으로 Ni-Nb-O 준비 하 혼합 산화물 나노 입자는 아직 발견 되 고. ⁷

나노 입자의 개발에 다양 한 전략, 중 화학 강 수는 금속 이온의 완전 한 강수량을 수 있기 때문에 nanocatalysts를 개발 하는 유망한 방법 중 하나로 제공 합니다. 또한, 높은 표면 영역의 나노 입자는 일반적으로이 메서드를 사용 하 여 준비 했다. Ni-Nb-O 나노 입자의 촉매 특성을 개선 하기 위해, 우리는 여기 화학 강 수 방법으로 일련의 높은 표면적과 Ni-Nb-O 혼합 산화물 촉매의 합성에 대 한 프로토콜을 보고 합니다. 우리는 Nb:Ni 어 금 니 비율 리그 닌에서 파생 된 유기 화합물의 hydrodeoxygenation으로 산화물의 촉매 활동을 결정 하는 중요 한 요소는 설명 했다. 0.087 위의 높은 Nb:Ni 비율, 비활성 NiNb₂O₆ 종 형성 되었다. Ni_0.92Nb_0.08했다 가장 큰 표면 영역 (173 m²/g), 오 배 같은 nanosheets 구조를 전시 하 고 최고의 활동 및 선택 anisole cyclohexane 하의 hydrodeoxygenation으로 보였다.

프로토콜

주의: 적절 한 처리 방법, 속성 및이 문서에서 설명 하는 화학 물질의 독성에 대 한 관련 물질 안전 데이터 시트 (MSDS)를 참조 하십시오. 사용 하는 화학 물질 중 일부는 독성 그리고 발암 성 및 특별 한 관심을 촬영 해야 합니다. 나노 재료 안전 위험 및 건강 효과 잠재적으로 포즈 수 있습니다. 흡입 및 피부 접촉은 피해 야 한다. 안전 예방 조치, 압력솥 원자로와 증기 두건 및 촉매 성능 평가에서 촉매 합성을 수행 하는 등 행사 해야 합니다. 개인 보호 장비를 착용 해야 합니다.

1. Ni_0.97Nb_0.03O 촉매 Nb:(Ni+Nb) 어 금 니 비율 0.03에 동등의 준비

1. 니 오 븀 (V) 수 산 염 수화물의 0.161 g 2.821 g 볶음 바 장착 250 mL 3 센 둥근 바닥 플라스 크에 이온된 물 100 mL에 니켈 질산염의 결합.
2. 난방 자력을 사용 하 여 침전의 실종까지 화합물을 분해 하 50 rpm 및 70 ° C에서 용액을 저 어.
3. 2 ° C/min의 속도로 80 ° C를 급속 하 게 온도를 높인다.
4. [수성 수산화 암모늄 (50 mL, 1.0 M) 및 수산화 나트륨 (50 mL, 0.2 M)] 혼합된 기본 솔루션에 추가 반응 혼합물 dropwise Ni/Nb 솔루션의 pH 9.0에 도달할 때까지.
5. 반응 혼합물을 교 반, 하는 동안 2 ° C/min에서 120 ° C에 온도를 높인다.
6. 솔루션의 녹색 색상의 완전 한 실종까지 120 ° C에서 50 rpm에서 반응 혼합물을 밤새 저 어.
7. 나머지 Ni^{2 +} 와 솔루션에 Nb^{5 +} 이온의 농도 평가 하 고 나머지 니켈의 완전 한 강 수를 보장 하는 솔루션에 대 한 유도 결합된 플라즈마 광 방출 분 광 분석 (ICP OES) 분석 수행 질 산입니다.
8. Büchner 플라스 크를 사용 하 여 여과 하 여 고체를 수집 합니다. 2 L 이온된 물 잔류 나⁺ 양이온을 제거 하려면 20 분 이내에 반복적으로 추가 하 여 고체를 세척.
9. 시계 유리에 고체를 수집 합니다. 건조 오븐에서 12 h 110 ° C에서 고체를 건조.
10. 합성 공기 (20 mL/min O₂ 과 80 mL/min N₂) 관으로 있는 5 h 450 ° C에서 고체를가 열 하 여 calcine. 반응의 높은 온도 사용 하 여 이전 결함에 대 한 모든 유리를 확인 하십시오.
11. Calcination, 후 Ni_0.97Nb_0.03O 촉매의 1 g을 얻을. 안전 안경, 장갑, 랩 코트, 적절 한 보호 장비를 사용 하 고 잠재적인 안전 위험 및 건강 효과 나노 재료의 nanocrystal 반응을 수행 하는 후드를 연기.

2. Ni_0.92Nb_0.08어디 Nb:(Ni+Nb) 어 금 니 비율 = 0.08 O 촉매의 준비

1. 이 절차는 1 처음 두 단계를 제외 하 고 비슷합니다.
   1. 0.43 g 이온된 물 100 mL에 이종 (V) 수 산 염 수화물의 분해.
   2. 별도로, 2.675 g의 니켈 질 산 이온을 제거 된 물 100 mL에 녹.

3. Ni_0.85Nb_0.15어디 Nb:(Ni+Nb) 어 금 니 비율 = 0.15 O 촉매의 준비

1. 절차는 처음 두 단계를 제외한 1 비슷합니다.
   1. 0.807 g 이온된 물 100 mL에 이종 (V) 수 산 염 수화물의 분해.
   2. 별도로, 니켈 질 산 이온을 제거 된 물 100 ml에서의 2.472 g 분해.

4. Ni_0.80Nb_0.20어디 Nb:(Ni+Nb) 어 금 니 비율 = 0.20 O 촉매의 준비

1. 절차는 처음 두 단계를 제외한 1 비슷합니다.
   1. 이온을 제거 된 물 100 mL에 이종 (V) 수 산 염 수화물의 1.076 g을 분해.
   2. 별도로, 니켈 질 산 이온을 제거 된 물 100 ml에서의 2.326 g 분해.

5. 화학 강 수 메서드를 사용 하 여 주의₂O₅ 의 준비

1. Niobic 산 (Nb₂O₅·nH₂O) 순수 Nb₂O₅ 입자를 450 ° C에서 5 h에 대 한 합성 공기 calcine
   참고: x-선 분말 회절 (XRD) 분석, 주의₂O₅·nH₂O는 비정 그리고 주의₂O₅ 결정을 사용 하 여 반응의 완료를 확인 합니다. 분석, 450 ° C에서 5 h calcination 반응을 완료 하기에 충분 했다.

6. β-O-4 리그 닌 모형 화합물, 2-(2-methoxyphenoxy)-1-phenylethan-1-one의 합성

1. Bromoacetophenone (9.0 g, 45 mmol)와 2-methoxyphenol (6.6 g, 53 mmol) dimethylformamide (DMF)를 자력으로 500 mL 원뿔 플라스 크에 200 mL에 용 해. 적절 한 보호 장비 및 연기 후드를 사용 하 여 반응 부식성 발암 성 화학 물질 및 시 약을 사용 하 여 수행.
2. 수산화 칼륨 (3.0 g, 53 mmol)와 위의 DMF 솔루션을 혼합 하 고 하룻밤 자석 교 반기를 사용 하 여 실 온에서 50 rpm에 혼합물을 저 어.
3. H₂O의 200 mL 및 diethyl 에테르의 600 mL의 혼합 솔루션 제품을 추출 (1:3, v/v) 분리 깔때기를 사용 하 여. 솔루션의 위 diethyl 에테르 층을 가져옵니다.
4. 추가 MgSO₄ (10 g) diethyl 에테르 솔루션의 수 분을 흡수 합니다. 필터 종이 깔때기를 사용 하 여 diethyl 에테르 솔루션을 얻기 위해 MgSO₄ 필터링.
5. 0.08 MPa 회전 증발 기를 사용 하 여 감소 압력 아래 diethyl 에테르 솔루션의 제거 후, 에탄올 5 mL에 잔류물을 디졸브.
6. 천천히 10 mL 비 커에 제품을 recrystallize 하는 에탄올 용 매 증발. 노란 분말 제품 (11.5 g)를 취득 하 고 제품의 수율은 90 %bromoacetophenone 따라. ¹H NMR 분석, ¹H NMR (DMSO): δ 3.78 (s, 3 H, 및₃), 5.54 (s, 2 시간, 채널₂), 6.82-8.01 (m, 9h, 향기로운) ppm. ¹⁷

7. 리그 닌 파생 방향족 에테르의 Hydrodeoxygenation

참고: 선택한 리그 닌 파생 방향족 에테르가이 실험에서 anisole 이며 촉매는 Ni_0.92Nb_0.08O. 사용 적절 한 보호 장비 및 발암 성 시 약을 사용 하 여 반응을 수행 하기 위해 증기 두건.

1. 히터와 자기 활동가 50 mL 스테인리스 고압 반응 기를 장비.
2. 줄이고 Ni_0.92Nb_0.08O 촉매 (1 g) 2 h, 400 ° C에서 H₂ 분위기에서 고압 반응 기에서 2 단계에서 얻은 다음 아르곤 (50 mL/min) 촉매를 하룻밤 passivate.
3. N-decane (20 mL) 양적 가스 크로마토그래피 (GC) 분석을 위한 내부 표준으로 n-dodecane (0.2928 g, 2 wt %)의 사용으로 anisole (1.1712 g, 8 wt %)를 분해.
4. 빠르게 공기 (< 5 분)와 함께 긴 노출 시간을 피하기 위해 고압 반응 기에 있는 감소 촉매 (0.1 g)를 소개 합니다.
5. 고압 반응 기 인감, 퍼지 H₂ 반복 (3 번, 3 MPa 압력에서) 공기, 그리고 분위기 압력에서 반응 혼합물을 제거 하.
6. 교 반 속도 700 rpm에서 설정 합니다.
7. 2 ° C/min에 160-210 ° C에서 원하는 온도에 열, 3 mpa 고압 반응 기 압력 및 0 시간 포인트 설정 (t = 0).
   참고: 160-210 ° C의 온도 범위는이 보고서에서 적절 한.
8. 그 후, 즉시 실내 온도 10 ° C/min에 혼합물을 냉각 하 고 deoxygenated 제품 대량 선택적인 검출기 가스 착 색 인쇄기를 사용 하 여 분석. ¹⁷
9. 리그 닌 모델 다음 방정식에 따르면 화합물의 변환을 확인 합니다.
   
10. 다음 방정식에 따라 제품 선택 도를 결정 합니다.
    

결과

X 선 회절 (XRD) 패턴 수소와 수소의 감소 온도 프로그램로 시작 하는 (그림 1 및 그림 2), 내기 표면 영역 (H₂-TPR), 스캐닝 전자 현미경 (SEM)으로 에너지 흩어진 엑스레이 (EDX를 장착 ) 분석기, 엑스레이 광전자 분광학 (XPS) 나노 NiO, Ni-Nb-O 및 주의₂O₅ 산화물¹⁷ (그림 3 및 <...

토론

니켈 첨가 대량 븀 산화물 나노 입자를 준비 하는 일반적인 방법 중 하나는 회전 증발 방법입니다. ^9에 의해 회전 증발, 용 매의 느린 제거와 Ni-Nb-O 입자 상거래의 강 수의 과정에서 다양 한 압력 및 온도 조건을 채용 합니다. 회전 증발 방법을 달리이 연구에서 보고 된 화학 강 수 방법 증가 주의 나노 입자가의 제거를 요구 하지 않는 준비를 받고 있다. 전형적인 화학 강 수 방법이...

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
Niobium(V) oxalate hydrate, 98%	Alfa	L04481902
Nickel nitrate hexahydrate, 99%	Aladdin	N108891
Sodium hydroxide, 98%	Aladdin	S111501
Ammonium hydroxide, 23-25%	Aladdin	A112077
Anisole, 99%	Sinopharm	81001728
Diphenyl ether, 98%	Aladdin	D110644
Phenol, 98%	Sinopharm	100153008
2-Methoxyphenol, 98%	Sinopharm	30114526
Vanillin, 99.5%	Sinopharm	69024316
Potassium hydroxide, AR	Aladdin	P112284
N,N-Dimethylformamide, 99.5%	Sinopharm	40016462
2-Bromoacetophenone,98%	Aladdin	B103328
Diethyl ether,99.5%	Sinopharm	10009318
Decane,98%	Aladdin	D105231
Dodecane,99%	Aladdin	D119697
Niobic acid	CBMM	1313968
Heating and Drying Oven			DHG Series (shanghai jinghong laboratory instrument co. ltd)
Autoclave Reactor			CJF-0.05—0.1L (Dalian Tongda Equipment Technology Development Co., Ltd)
Tube furnace			SK2-1-10/12 (Luoyang Huaxulier Electric Stove Co., Ltd)
Heating magnetic stirrer			DF-101 (Yu Hua Instrument Co. Ltd.)
Rotary evaporator			RE-3000A (Shanghai Yarong Biochemical Instrument Factory)
Synthetic air
Hydrogen gas
Argon gas