JoVE Logo
Yazarlar
Bize Ulaşın

Oturum Aç

Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.

Bu Makalede

  • Özet
  • Özet
  • Giriş
  • Protokol
  • Sonuçlar
  • Tartışmalar
  • Açıklamalar
  • Teşekkürler
  • Malzemeler
  • Referanslar
  • Yeniden Basımlar ve İzinler

Özet

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.

Özet

Umut verici bir katalitik olarak aktif nano reaktör olarak, gözenekli silis (GMS) içinde araya altın nanopartikülleri başarılı bir şekilde sentezlendi ve malzeme özellikleri incelendi. Biz gözenekli silika duvarlarında altın nano parçacıkları birleştirmek için bir pot sol-jel yaklaşımı kullanılır. Sentezi ile başlamak için, P123 miseller oluşturmak için şablon olarak kullanıldı. Daha sonra TESPTS altın nano parçacıkları birleştirmek için bir yüzey modifikasyon maddesi olarak kullanılmıştır. Bu işlemden sonra, TEOS asit ortamında bir polimerizasyon sürecinden bir silis kaynağı olarak ilave edildi. Hidrotermal işleme ve kalsinasyon sonra, nihai ürün satın alındı. Çeşitli teknikler altın interkalasyonlu gözenekli silika gözenekliliği, morfolojisi ve yapısı karakterize etmek yararlanılmıştır. Sonuçlar, altın interkalasyon sonra gözenekli bir silis, kararlı bir yapı göstermiştir. Bir kriter tepki olarak benzil alkolün oksidasyonu sayesinde, GMS malzemeleri yüksek seçimini gösterdibilirlik ve geri dönüşüm.

Giriş

Kataliz uygulamaları büyük bir potansiyele sahip gelişmekte olan bir teknoloji olduğu gibi, nano ölçekli malzemeler geçmiş yıllarda yoğun araştırma ilgi aldık. Nano ölçekli katalizörleri rapor arasında, örneğin, Au, Ag, Pd ve Pt gibi soy metal katalizörler, dünya çapında önem 1-3 çekmiştir. Seçin katalitik reaksiyonlar Au ile ilgili Pt, Pd Heck katalizörler üzerinde reaksiyonu ve su bölme karbon monoksit araştırmacıların oksidasyonunu içerir. Gelecek vaat eden bir katalitik potansiyeline rağmen, nano ölçekli altın bağlı zehirlenme, koklaştırma, termal bozulma ve sinterlemeden ve kapatma uygulanabilirliği sınırlıdır. Bu soylu metaller için bir temsilcisi olarak, yüksek seçiciliğe sahiptir ve daha az metal liçi eğilimli, aşırı oksidasyon ve 4. kendini zehirlediğini, yani altın bildirilmiştir. Bununla birlikte, altın katalitik performansı kuvvetli partikül büyüklüğüne bağlıdır. Haruta ve diğ., Katalitik performansı ve gitmek arasındaki ilişkiyi bildirdild kümesi çap, partikül büyüklüğü 2.7 mil 5 ~ altın katalizörlerin en yüksek faaliyeti gösteren.

soy metallerin parçacık boyutu hazırlama yöntemi 6-9 ile kontrol edilebilir; Ancak, geniş bir uygulama yolunda önemli engel toplama ve etkinlik kaybı kalır. Sinterleme problemini çözmek için, ortak bir yöntem, bir destek malzemesi üzerinde, nano ölçekli parçacıkların hareketsiz etmektir. Çeşitli destek malzemeleri, gözenekli silis, 10-11, yan iletken metal oksitler, 12-13, polimer 14, grafen 15 ve karbon nanotüplerin 16 de dahil olmak üzere tatbik edilmiştir. Bu termal ve kimyasal olarak kararlı, nispeten atıl, sadece hafif asidiktir ve çok iyi tanımlanmış mezo / mikro-gözenekli hazırlanabilir için kullanılan malzemeler arasında, gözenekli silika destek olarak çekici bir maddedir. gözenekli yapı, metal parçacıklar için iyi destek sağlar, aynı zamanda boyut seçici substrat erişimi verirmetali katalizörleri. Bu seçicilik, çünkü, bu gözenekli malzemeler ile bağlantılı Ayarlanabilirliğin özellikle uygun olduğu görülmüştür. Çoğu zaman, altın partikülleri ve böylece zor silis 19 Altın nano parçacıklar hazırlamak daha silis yüzeyleri 17-18 derece hareketli olması ve hali hazırda yüksek sıcaklıklara maruz bırakıldığında çok büyük (50 + nm) reaktif olmayan partiküller oluşturmak bulunmuştur. Mukherjee vd. 3-aminopropil-trimetoksisilan ve 3-merkaptopropil-trietoksisilan ve desteklenen altın nano partiküller ile gözenekli silis MCM-41 tekil dağılımlı altın nanopartiküllerinin rapor immobilizasyon hidrojenasyon reaksiyonları için son derece etkin olduğu bulunmuştur ve altın bir ayrıştırma bulunmuştur Reaksiyonun 20.

Gözenekli silis yüzey modifikasyonu rapor sonra, bir altın hazırlamak için bir yöntem gözenekli silis (GMS) duvarına arakatkılanan bildirilmiştir. Ayrıca, gözenekli silis desteklenen yaklaşım ölçeklenebilir ap sunuyoriçin yaklaşım, potansiyel olarak bağımsız katalizör ve gözenekli bir ortam değiştirmek. Katalitik işlemler hayati ekonomik öneme sahip olduğundan, faydaları çok kapsamlıdır olabilir. geliştirebilme "yeşil" katalizörler çevre üzerinde derin olumlu etkiye sahip ve önemli endüstriyel proseslerin ekonomik fizibilite ve kaynak verimliliğini artıracak.

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

Protokol

GMS hazırlanması 1.

  1. Alınan Aşağıdaki süreçte tüm kimyasalları kullanın.
  2. Hidroklorik asit (HCl) çözeltisi 2 M 75 mi hazırlayın. Poli (etilen glikol) 2.0 g tartılır -blok-poli (propilen glikol) -blok-poli (etilen glikol) (P123, molekül ağırlığı = 5,800) ve 2 M HCI çözeltisi hazırlanır, 75 ml içine aktarın. P123 tamamen eriyene kadar oda sıcaklığında, 350 dev / dk bir hızda çözeltiye, manyetik karıştırma uygulanır. Çözelti açık olacaktır.
  3. Küçük bir şişe ve transfer Bis 180 ul tetraetoksisilan, 4 g (TEOS, MW = 208,33) tartılır [3- (trietoksisilil) propil] -tetrasulfide (TESPTS, MW = 538,94) şişenin içine. Yavaşça şişe iki kimyasal karıştırmak için sallayın. Diğer bir ampul içinde, chloroauric asit 38 mg (HAuCl 4, 99.90%) ağırlığında ve Dİ su, 1 ml içinde çözülür.
  4. Termokupl tarafından kontrol edilen sıcaklıkta bir yağ banyosunda 35 ° C'ye kadar P123 çözelti sıcaklığının artırılması.
  5. Ekle TEOS karışımın tümü veTESPTS P123 çözeltisine aşama 1.3 'de hazırlanan ve 700 r / dak kuvvetlice manyetik karıştırma ile çözelti tutun. 2 dakika karıştırıldıktan çözüm tutun, daha sonra 30 saniye içinde adım 1.3 damla damla hazırlanan HAuCl 4 çözeltisi, tüm ekleyin.
  6. 35 ° C'de 24 saat süre ile 700 devir / dakika ile karıştırılmıştır çözüm tutun.
  7. 24 saat sonra, 72 saat boyunca 100 ° C'ye ayarlanmış bir fırın içinde kapalı bir şişe deposuna çözeltisi aktarın. Bu hidrotermal işlem denir.
  8. Hidrotermal işlem sonra HCI kalan çıkarmak için, su ile iki kere ve etanol yıkaması, ardından bir huni altında üç kez 1. filtrasyon kağıt ve negatif basınç çözelti filtre. Her yıkama işlemi sırasında, katı üstünde su veya etanol 1 cm ekleyebilir ve malzeme kurumasını bekleyin.
  9. 4 saat boyunca 550 ° C 'de, bir seramik pota ve kalsine edilmesi için filtreleme ile çökelmesini aktarın. Şöyle rampa programı ayarlayın: 25 ° C 550 ° C arasında, 2 saat için 4, 550 ° C 'de devamsaat, daha sonra sıcaklık 40 ° C'nin altına düşene kadar kapı kapalı numune fırın içinde kalmasını sağlar.
  10. Tavlamadan sonra plastik bir spatula ile, bir cam şişeye aktarın. Sentezlenen malzeme kırmızı renge sahiptir.

2. Katalitik reaksiyon, benzil alkol oksidasyonu

  1. Benzil alkol oksidasyonu ayrı çözücü olmaksızın, bir sıvı faz reaksiyonu, ölçü 5 benzil alkol (% 99.8) ile yıkanır ve 25 ml'lik üç boyunlu bir şişeye transfer olduğu için, daha sonra GMS katalizörü 10 mg ağırlığında ve benzil ekle Alkol.
  2. Reaksiyon sıcaklığının hassas ve düzgün kontrolü sağlamak için manyetik karıştırma ile bir sıcaklık kontrollü yağ banyosu ayarlayın.
  3. Yağ banyosu içine benzil alkol ve katalizör ile balon koyun, daha sonra 100 ° C'ye kadar sıcaklığa ayarlanmış ve 150 R / dakika karıştırılır.
  4. Bir kütle akışı kontrolörü ile kontrol 2 ml / dk bir şişeye% 99.9 saflıkta oksijen gaz akışı.
  5. Ne zamanYağ banyosunun sıcaklığı üç boyunlu bir şişe içine oksijen gazı tanıtmak, 100 ° C'ye ulaşır ve stabilize eder.
  6. Oksijen akış hızı ve sıcaklığı sabit tutmak, ve reaksiyon, 6 saat devam etmesine izin verir.
  7. Tepkimeden sonra, bir # 1 filtre kağıdı ile filtre ürünü. Sıvı fazı toplayın ve gaz kromatografisi (GC), bir şişeye bir kısım aktarın. GC şişe içinde (örneğin, 36 ul numune ve 144 ul asetik asit kullanılır.) Her bir kısım örnek için dört parça HPLC dereceli asetik asit karışımı analiz için bir gaz kromatograf otomatik örnekleyici ile şişe yerleştirin. DI su ve etanol ile filtre kağıdı üzerinde, katı bir çözelti yıkayın, sonra hava içinde kurumaya bırakın. Geri dönüştürülmüş katalizör olarak bir spatula ile kurutulmuş katı toplamak.
  8. Geri dönüşümlü katalizör üç kez 2.7 ile adım 2.3 aynı deney işlemi tekrarlayın. Her bir tekrar olarak, aşama 2.2'de tanımlanan oranı ile eşleşecek şekilde benzil alkol miktarını ayarlar.

3. TherTermal stabilitesi Testi için GMS'nin mal Tedavisi

  1. Sentezlenen GMS üç ayrı 300 mg bölümlerini tartılır ve cam şişelerde saklayın. Bunlar toplu 1, kontrol grubu olarak parti 2 ve parti 3. Keep toplu 1 olarak işaretlenmiş ve ısıl işlem için bir fırına toplu 2 ve toplu 3. konur.
  2. 400 ° C 'de işleme aşağıda fırın Programı: 400 ° C, 25 ° C ile rampa 0.5 saat içinde, 4 saat süre ile 400 ° C' de muhafaza Örnek kapı ile fırın içinde kalmasına izin sıcaklık düşme kadar kapalı 40 ° C'nin altında. Bir potada toplu 2 koyun ve programı başlatın.
  3. 650 ° C'de işleme aşağıda fırın Programı: Kapı kapalı sıcaklığı altına düşene kadar 650 ° C'ye kadar 25 ° C ila rampa 0.75 saat içinde, 4 saat süre ile 650 ° C 'de muhafaza, örnek fırın içinde kalmasına izin 40 ° C. Bir potada toplu 3. koyun ve programı başlatın.

4. KarakterizasyonuGMS Malzemelerin 21,22 arasında

  1. 60 dakika boyunca 90 ° C ve 480 dakika daha sonra, 350 ° C: fiziksel adsorpsiyon cihazı üzerinde, gazını, aşağıdaki program ile malzeme GMS. Fiziksel adsorpsiyon verileri elde etmek degased malzemeler üzerinde tam izoterm analizi çalıştırın.
  2. 200 meş holey karbon TEM ızgara üzerinde GMS örnek dağıtın ve bir transmisyon elektron mikroskobu altında örnek görüyoruz. Malzemeyi korumak için 44,000X altında büyütme kısıtlayın.
  3. Cu Ka radyasyonu (λ = 1,5418 Å) ile çalıştırın XRD. Set 45 kV tüp voltajı ve 40 mA tüp akımı. 0.008 ° 'lik bir adım boyutuna ve her adımda 5 saniye kadar bir ölçüm süresine sahip 2θ aralığında ° 10 ° ve 90 yoğunluğunun toplayın.

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

Sonuçlar

Bu yöntem, kanser (HCC4017) akciğer hücrelerine karşı normal (HBEC30KT) 'de hema sentez seviyesini karşılaştırmak için kullanıldı. 2, normal akciğer hücrelerinin (HBEC30KT) kıyasla kanser hücreleri (HCC4017)' de hema sentez yüksek seviyede göstermektedir. hema sentezi seviyesi, aynı zamanda mitokondriyal uncoupler karbonil siyanit 3-klorofenilhidrazon (CCCP) varlığında, normal ve kanserli hücrelerde ölçülmüştür. Hücreler, heme sentez seviyelerinin ?...

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

Tartışmalar

Sentez protokolü içinde, yüzey aktif madde konsantrasyonu, çözelti ve reaksiyon sıcaklığı, pH dikkat GMS başarılı bir şekilde oluşması için gereklidir. kritik adımlar 1.2, 1.3, 1.4 ve 1.6 bulunmaktadır. Yukarıda belirtilen parametreler, yüzey aktif oluşan misellerin kritik paketleme parametresi ve faz kontrol eder. misel faz ve morfolojisi GMS için çerçeve olarak hizmet veren silika matris, son durumunu belirler. Ayrıca oluşum sürecinde önemli bir dizisi ve HAuCl çözeltisi ekleme zamanı. T...

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

Açıklamalar

The authors have nothing to disclose.

Teşekkürler

The authors acknowledge National Science Foundation grant CHE- 1214068 for supporting this research project.

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

Malzemeler

NameCompanyCatalog NumberComments
poly(ethylene glycol)-block-poly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)Aldrich435465-250ML
tetraethoxysilaneTCI201-083-8
bis[3-(triethoxysilyl)propyl]-tetrasulfideGELESTSIB1825.0-100GM
chloroauric acidAldrich520918-1G
benzyl alcoholSigma-Aldrich305197-1L
nitrogen physisorptionMicromeriticsTristar II
X-ray diffractionPhilipsX'Pert Pro
transmission electron microscopyPhilipsCM200
gas chromatographyShimadzuGC-2010

Referanslar

  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).

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

Yeniden Basımlar ve İzinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi

Izin talebi

Daha Fazla Makale Keşfet

Kimyageri d n t r lebilir Say 101Alt narakatk lsilisg zenekli malzemenano reakt rtermal olarak kararlkataliz r

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Gizlilik

Kullanım Şartları

İlkeler

Bize Ulaşın

KÜTÜPHANEYE TAVSİYE ET

JoVE HABER BÜLTENLERİ

Araştırma

Eğitim

Yazarlar

Kütüphaneciler

JoVE Hakkında

Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır