Синтез и каталитические свойства золота интеркалировании в стенах мезопористого кремния

Резюме

Here, we present a protocol with a sol-gel process to synthesize gold intercalated in the walls of mesoporous materials (GMS), which is confirmed to possess a mesoporous matrix with gold intercalated in the walls imparting great stability and recyclability.

Аннотация

В перспективных реактора каталитически активного нано, наночастицы золота интеркалированные в мезопористых кремнезема (GMS) были успешно синтезированы и исследованы свойства материалов. Мы использовали подход золь-гель один горшок интеркалировать золотые наночастицы в стенках мезопористого кремнезема. Для начала синтеза, Р123 использовали в качестве матрицы для образования мицелл. Затем TESPTS был использован в качестве поверхностного модифицирующего агента к интеркаляции золотые наночастицы. После этого процесса, был добавлен ТЭОС в качестве источника оксида кремния, которые подверглись процессу полимеризации в кислой среде. После гидротермической обработки и обжига, конечный продукт был приобретен. Некоторые методы были использованы для характеристики пористости, морфологию и структуру золота интеркалированного мезопористого кремнезема. Результаты показали стабильную структуру мезопористого кремнезема после интеркаляции золота. Через окисления бензилового спирта в качестве реакции бенчмарка, то GMS материалы показали высокую SELECтельность и переработки.

Введение

Как новая технология, которая имеет большой потенциал в области катализа приложений, наноразмерные материалы прошли интенсивный интерес исследования в последние десятилетия. Среди наномерные катализаторы сообщалось, благородные металлические катализаторы, такие как Au, Ag, Pd и Pt привлекли внимание всего мира ^1-3. Выбрать каталитические реакции включают окисление окиси углерода исследователей на Au, Хека реакция на Pd катализаторов и воды расщепление с Pt. Несмотря на перспективном каталитического потенциала, наноразмерных золота ограничено в его применимости в результате дезактивации от отравления, коксование, термический деградации и спекания. Было сообщено, что золото, в качестве представителя благородных металлов, обладает высокой селективностью и менее подвержен выщелачивания металлов, переокисления и самоотравлению ^4. Тем не менее, каталитические характеристики золота сильно зависит от размера частиц. Haruta др. Сообщили отношения между каталитической активности и перейтиLD диаметра кластера, демонстрируя высокую активность золотых катализаторов с размером частиц ~ 2,7 нм ^5.

Размер частиц благородных металлов можно управлять с помощью способа получения ^6-9; Однако, основным препятствием к широкому применению остается агрегации и потере активности. Чтобы решить проблему спекания, общий метод для иммобилизации наноразмерных частиц на материал носителя. Различные вспомогательные материалы были применены в том числе из пористого диоксида кремния ^10-11, полупроводниковых оксидов металлов ^12-13, полимеров ^{14, 15} и графена углеродных нанотрубок ^16. Среди материалов, используемых, пористый диоксид кремния является привлекательным материалом в качестве носителя, потому что это лишь слегка кислой, относительно инертны, термически и химически стабильными, и могут быть получены с очень хорошо определенной мезо- / микропористости. Пористая структура обеспечивает хорошую поддержку для металлических частиц, но также придает доступ Размер селективного субстрата кметаллические катализаторы. Эта селективность особенно перспективно из-за перестройки частоты, связанные с этими пористых материалов. Часто, частицы золота оказались чрезвычайно мобильны на поверхности кремния ^17-18 и легко образуют очень большие (50+ нм) нереакционноспособные частицы при воздействии высоких температур, что делает его трудно, чтобы подготовить наночастиц золота на двуокиси кремния ^19. Мукхержи др. Сообщили иммобилизации монодисперсных наночастиц золота на мезопористого оксида кремния МСМ-41 по 3-аминопропил-триметоксисилан и 3-меркаптопропил-триэтоксисиланом и поддерживаемых наночастиц золота оказались очень активным для реакций гидрирования и не было найдено выщелачивание золота в реакции ^20.

После доклада модификации поверхности кремния мезопористого, мы сообщили способ получения золота интеркалированный в стену мезопористом кремния (GMS). Кроме того, мезопористый диоксид кремния подход предлагает масштабируемую APгах потенциально независимо изменять катализатор и пористую среду. Так каталитические процессы имеют жизненно важное значение экономического, выгоды могут быть далеко идущие последствия. Способность развивать «зеленые» катализаторы бы глубокое положительное влияние на окружающую среду и улучшить экономическую целесообразность и эффективность ресурсов важных промышленных процессов.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

протокол

1. Подготовка GMS

1. Использование всех химических веществ в следующем процессе в полученном виде.
2. Подготовка 75 мл 2 М раствора соляной кислоты (HCl). Взвешивают 2,0 г поли (этиленгликоль) -блок-поли (пропиленгликоль) -блок-поли (этиленгликоль) (P123, ММ = 5800) и передает в подготовленном 75 мл 2 М раствора HCl. При комнатной температуре, применяют магнитное перемешивание в растворе со скоростью 350 об / мин до тех пор, Р123 полностью не растворится. Решение будет ясно.
3. Взвешивают 4 г тетраэтоксисилана (ТЭОС, Mw = 208.33) в небольшом флаконе и передачи 180 мкл бис [3- (триэтоксисилил) пропил] -tetrasulfide (TESPTS, ММ = 538,94) в пробирку. Медленно встряхнуть флакон, чтобы смешать два вещества. В другом флаконе, вес 38 мг золотохлористоводородной кислоты (HAuCl _4, 99.90%) и растворить в 1 мл дистиллированной воды.
4. Повышение температуры Р123 раствора до 35 ° С в масляной бане при температуре, контролируемой термопары.
5. Добавить все смеси ТЭОС иTESPTS полученного на стадии 1.3 к решению P123, и держать раствор при энергичном перемешивании магнитной мешалкой 700 об / мин. Хранить раствор перемешивали в течение 2 мин, затем добавить все HAuCl ₄ раствора, полученного на стадии 1.3 каплям в течение 30 секунд.
6. Хранить раствор перемешивают при 700 об / мин в течение 24 ч при 35 ° С.
7. Через 24 часа передачи раствор в закрытом сосуде и хранить в сушильном шкафу при 100 ° С в течение 72 ч. Это называется гидротермальной обработки.
8. После гидротермической обработки, фильтрации раствора с фильтровальной бумаги # 1 и отрицательного давления под воронку, затем промыть водой два раза и этанола три раза, чтобы удалить остатки HCl. Во время каждого процесса стирки, добавьте воды или этанола на 1 см выше твердой и ждать материал, чтобы высохнуть.
9. Передача осаждение из фильтрации в керамическом тигле и обжига при 550 ° С в течение 4 ч. Установите программу рампы следующим образом: 25 ° С до 550 ° С в течение 2 ч, держать при температуре 550 ° С в течение 4ч, а затем позволить образец оставаться в печи с закрытой дверью, пока температура не упадет ниже 40 ° C.
10. После прокаливания переноса продукта в стеклянный флакон с пластмассовым шпателем. Синтезированный материал имеет красный цвет.

2. Каталитическая реакция, окисление бензилового спирта

1. Поскольку окисление бензилового спирта является реакция в жидкой фазе без отдельного растворителе, мера 5 мл бензилового спирта (99,8%) и передавать его в мл трехгорлую колбу 25, затем взвесить 10 мг катализатора GMS и добавить к бензил алкоголь.
2. Настройка ванну с регулируемой температурой масла при перемешивании магнитной мешалкой, чтобы гарантировать точное и равномерное регулирование температуры реакции.
3. Поместите колбу бензилового спирта и катализатора в масляной ванне, а затем установить температуру до 100 ° С и перемешивают при 150 об / мин.
4. Поток газообразного кислорода с чистотой 99,9% в колбу на 2 мл / мин управляется контроллером массового расхода.
5. КогдаТемпература масляной бани достигает 100 ° C и стабилизирует, вводить кислород газа в трехгорлой колбе.
6. Хранить расхода кислорода и постоянную температуру, и позволяют реакции протекать в течение 6 часов.
7. После завершения реакции продукт фильтруют с фильтровальной бумаги # 1. Собирают жидкую фазу и перенести аликвоту к газовой хроматографии (ГХ) флакона. В ГК флакона, смешайте четыре части ВЭЖХ уксусной кислоты для каждого одна часть образца (например, использовать 36 мкл образца и 144 мкл уксусной кислоты.) Поместите флакон на газовом хроматографе автосэмплера для анализа. Смыть твердый осадок на фильтровальную бумагу с дистиллированной водой и этанолом, затем дать высохнуть на воздухе. Собирают твердое сушат с помощью шпателя в качестве вторичного катализатора.
8. Повторите ту же процедуру с шага эксперимента 2.3 через 2,7 с переработанной катализатора в три раза. В каждом повторе, регулировать количество бензилового спирта, чтобы соответствовать соотношению, описанные в шаге 2.2.

3. Therмал Лечение GMS для тестирования термостойкости

1. Взвесьте три отдельные части 300 мг синтезированных GMS, и хранить их в стеклянных флаконах. Они отмечены в партии 1, 2 и партия партия 3. Держите партии 1 в качестве контрольной группы, и поставить партию 2 и 3 партии в печь для термической обработки.
2. Программа печи следующим для обработки при 400 ° С: скат от 25 ° С до 400 ° С в течение 0,5 ч, выдерживают при 400 ° С в течение 4 ч, позволяют образец оставаться в печи с двери закрытыми до температура падает ниже 40 ° С. Положите пакет 2 в тигле и запустите программу.
3. Программа печи следующим для обработки при 650 ° C: скат от 25 ° С до 650 ° С в 0,75 ч, выдерживают при 650 ° С в течение 4 ч, позволяют образец оставаться в печи с закрытой дверью, пока температура не упадет ниже 40 ° С. Положите пакет 3 в тигле и запустите программу.

4. Характеристикаиз СБМ материалов ^21,22

1. На физической адсорбции инструмента, Дега GMS материалы со следующей программой: 90 ° C в течение 60 мин, а затем 350 ° С в течение 480 мин. Запуск полной изотермы анализ на дегазированной материалов для получения данных физической адсорбции.
2. Дисперсные образец GMS на 200 меш дырявой углерода ТЕМ сетки и наблюдать образец под электронным микроскопом. Ограничить увеличение в 44,000X чтобы защитить материал.
3. Запустите РСА с Cu Kα излучения (λ = 1,5418 Å). Набор напряжения трубка 45 кВ, ток и трубка 40 мА. Накопление интенсивности в диапазоне 2θ от 10 ° до 90 ° с размером шага 0,008 ° и временем измерения 5 сек на каждом шаге.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Результаты

Этот метод был использован для сравнения уровней синтеза гема в нормальном (HBEC30KT) против раковых (HCC4017) легочных клеток. Рисунок 2 показывает более высокий уровень синтеза гема в раковых клетках (HCC4017), чем нормальные клетки легких (HBEC30KT). Уровень синтеза гема также измеряли в нор...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Обсуждение

В протоколе синтеза, внимание к концентрации поверхностно-активного вещества, рН раствора и температуры реакции имеет решающее значение для успешного формирования GMS. Критические шаги 1.2, 1.3, 1.4 и 1.6. Указанные параметры управления критическим параметром упаковки и фазу мицелл, образова...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Материалы

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