Questo protocollo mostra un metodo conveniente per confrontare le proprietà catalitiche dei catalizzatori di platino supportati. L'idrogenazione del cicloesene serve come reazione modello per determinare l'attività catalitica. La nostra sintesi colloidale è un approccio promettente oltre ai metodi di impregnazione e calcinazione per la fabbricazione di catalizzatori eterogenei, in quanto ciò consente la sintesi di nanoparticelle in dimensioni e forma definite.
Poiché l'approccio di sintesi colloidale consente l'uso di diversi ligandi come ammine o tioli, è possibile studiare nanoparticelle di platino con altri ligandi e la loro influenza sulle proprietà catalitiche. La scelta di un ligando adatto è impegnativa. Un ligando appropriato dovrebbe avere un forte assorbimento in siti di assorbimento selezionati, in modo da prevenire il desorbimento ma l'attività catalitica è ancora presente.
Per iniziare, preparare la soluzione di riduzione sciogliendo 25,4 milligrammi di boroidruro di tetrabutile ammonio e 46,3 milligrammi di bromuro di dimetilammonio di-dodecile in un millilitro di toluene a temperatura ambiente in vetro laminato da 10 millilitri. Quindi, preparare la soluzione di sale metallico sciogliendo prima 8,5 milligrammi del precursore cloruro di platino IV in 2,5 millilitri di toluene a temperatura ambiente in un vetro laminato da 10 millilitri. Dopo che il cloruro di platino IV si è sciolto, aggiungere 185,4 milligrammi del ligando dodecylamine.
Quindi, sonicare entrambe le soluzioni a temperatura ambiente per uno o due minuti in un bagno ad ultrasuoni ad una frequenza di 35 kilohertz. Aggiungere la soluzione salina metallica completa con una pipetta a tuffo con punta monouso in un matraccio a collo tondo da 10 millilitri. Quindi, aggiungere l'intero volume della soluzione di riduzione alla soluzione di sale metallico mediante iniezione d'urto, agitando la soluzione con una barra di agitazione magnetica per 60 minuti in condizioni ambientali.
Per purificare le nanoparticelle di platino, trasferire la soluzione di reazione completa con una pipetta a tuffo con una punta usa e getta in un tubo da centrifuga da 80 millilitri e aggiungere 14 millilitri di metanolo. Quindi, centrifugare a 2.561 volte G per 10 minuti a temperatura ambiente e smaltire la soluzione dopo la centrifugazione. Per risolvere il residuo di nanoparticelle, aggiungere tre millilitri di toluene con una pipetta a tuffo con una punta usa e getta e trasferire la soluzione di nanoparticelle in un vetro arrotolato per un ulteriore utilizzo.
Per rimuovere i residui di sintesi, trasferire tre millilitri delle nanoparticelle di platino purificate nel toluene in un matraccio a collo rotondo da 100 millilitri e riempire con toluene fino a un volume finale di 50 millilitri. Quindi riscaldare la soluzione a 52 gradi Celsius e mantenere la temperatura per 60 minuti mescolando la soluzione con una barra di agitazione magnetica. Quindi, sciogliere 185 milligrammi di dodecilammina in 2,5 millilitri di toluene in un vetro laminato da 10 millilitri a temperatura ambiente e aggiungere questa soluzione con una pipetta a tuffo con una punta usa e getta alla soluzione di nanoparticelle di platino DDA trattata termicamente a 52 gradi Celsius.
Quindi, riscaldare e mescolare la soluzione per altri 60 minuti. Dopo la purificazione, come dimostrato in precedenza, sciogliere le nanoparticelle di platino in tre millilitri di n-esano invece di tre millilitri di toluene. Quindi, far evaporare il solvente nella cappa aspirante durante la notte a temperatura ambiente e pressione ambiente e pesare le nanoparticelle di platino il giorno successivo.
Disperdere la titania in n-esano a temperatura ambiente in un becher di dimensioni appropriate utilizzando un bagno ad ultrasuoni a 35 kilohertz. Aggiungere n-esano al becher contenente titania. Dopo aver preparato una soluzione di nanoparticelle delle particelle precedentemente fabbricate con una concentrazione di massa di un milligrammo per millilitro in n-esano, aggiungere la soluzione alla titania dispersa a temperatura ambiente usando una siringa monouso con un ago ad una portata di 0,016 millilitri al minuto usando una pompa a siringa.
Quindi, asciugare la polvere caricata in condizioni ambientali durante la notte nella cappa aspirante e successivamente per 10 minuti sotto vuoto. Riempire 1.000 milligrammi di titania in un piatto cristallizzante e aggiungere acqua fino a coprire la titania. Quindi, sciogliere tre grammi di acido cloroplatinico esaidrato in 20 millilitri di acqua distillata e aggiungere la soluzione acquosa alla titania presentata con una pipetta volumetrica da 20 millilitri.
Quindi, riscaldare e mantenere la soluzione a 75 gradi Celsius mentre si agita con una barra di agitazione magnetica per quattro ore fino a quando la soluzione è viscosa. Successivamente, asciugare la soluzione nel piatto cristallizzante per un giorno a 130 gradi Celsius in un forno in condizioni atmosferiche. Per eseguire la calcinazione in un forno programmato a temperatura, riempire la polvere precedentemente essiccata in un crogiolo di porcellana.
Quindi, riscaldare fino a 400 gradi entro 30 minuti e mantenere la temperatura per quattro ore. Quindi, raffreddare il campione a temperatura ambiente nel forno senza utilizzare una rampa di temperatura. Per ridurre il catalizzatore in un forno tubiero, riscaldare a 180 gradi Celsius con una rampa di temperatura di quattro gradi Celsius al minuto e mantenere la temperatura per 1,5 ore sotto un flusso continuo di idrogeno.
Dopo aver riempito la camicia di riscaldamento con un mezzo riscaldante desiderato, riempire il reattore del serbatoio agitato con 120 milligrammi del catalizzatore sintetizzato e 120 millilitri di toluene. Quindi degassare il reattore del serbatoio di agitazione applicando un vuoto di circa 360 millibar. Per rimuovere l'ossigeno, mettere un palloncino di gomma riempito con un idrogeno atmosferico standard sopra il condensatore a riflusso e lavare il reattore del serbatoio di agitazione con idrogeno.
Quindi, iniziare a riscaldare e agitare il serbatoio del reattore con una barra di agitazione magnetica sotto l'atmosfera di idrogeno. Una volta raggiunta la temperatura costante, iniettare un millilitro di cicloesene reagente attraverso il setto di gomma usando una siringa monouso con un ago. Utilizzando un filtro a siringa, separare il catalizzatore dalla soluzione di reazione e riempire il liquido in una fiala di autocampionatore che viene successivamente adeguatamente sigillata.
Dopo aver preparato il reattore del serbatoio di agitazione per testare l'effetto avvelenamento, iniettare 5-metil furfurolo nel catalizzatore presentato in toluene e lasciare mescolare la miscela per 120 minuti. Quindi, aggiungere cicloesene con una siringa monouso in un rapporto molare di 1: 1 e 1: 10 in 5-metil furfurolo. Utilizzare un filtro a siringa per separare il catalizzatore dalla soluzione di reazione e riempire il liquido in un flaconcino di autocampionatore sigillato correttamente in seguito, come dimostrato in precedenza.
Per analizzare i prodotti mediante gascromatografia, iniettare i campioni nella colonna gascromatografica e assegnare i picchi alle diverse sostanze confrontandoli con le norme di riferimento. Valutare i gascromatogrammi utilizzando il metodo 100% e calcolare la quantità percentuale di ciascun composto dividendo l'area del picco misurata per questo composto per la somma di tutte le aree di picco. L'imaging TEM ha rivelato una forma quasi sferica per una forma più piccola e parzialmente asimmetrica per nanoparticelle più grandi senza cambiamenti dopo la deposizione sulla titania.
Le dimensioni e la forma dei catalizzatori impregnati erano comparabili. Gli spettri XP hanno mostrato due segnali a 71,5 e 74,8 elettronvolt per DDA di platino. Non è stato osservato alcun cambiamento significativo dopo lo scambio e la deposizione di ligando sulla titania.
Tuttavia, il catalizzatore impregnato è diminuito di 0,6 elettronvolt e presenta specie di platino ossidate. Nella regione C1s, tre segnali sorgono tra 289,0 e 284,0 elettronvolt. Lo spettro N1s mostra ammonio, ammina e una specie di superficie aggiuntiva a 402,6, 399,9 e 398,2 elettronvolt.
L'ammonio viene rimosso dallo scambio di ligandi. Le nanoparticelle di platino stabilizzate con ammine mostrano una conversione di cicloesene superiore rispetto a quelle prive di ammine. Le piccole nanoparticelle di platino mostrano la più alta conversione dopo lo scambio di ligando, fino al 72% In assenza di 5-metil furfurolo, la conversione del cicloesene è stata del 72%, mentre aumentando il rapporto diminuisce il tasso di conversione rispettivamente al 30% e al 21%.
Gli spettri di platino IV-F sono ridotti di 0,6 elettronvolt dopo aver aggiunto 5-metil furfurolo all'idrogenazione del cicloesene, mentre gli spettri C1s rivelano gli stessi tre segnali del 5-metil furfurale dopo idrogenazione. La quantità di azoto diminuisce negli spettri N1s dopo l'idrogenazione, indicando uno scambio parziale di dodecilammina da parte del 5-metil furfurolo. Lo spettro FTIR per il platino DDA dopo l'aggiunta di 5-metil furfurale indica uno scambio parziale da parte del 5-metilfurfurolo quando appaiono i modi di vibrazione per entrambi.
L'ossigeno e la presenza di idrogeno su catalizzatori metallici sono pericolosi. Pertanto, rimuoviamo l'ossigeno spurgando il reattore più volte con idrogeno. L'idrogenazione del ciclohexe è servita solo come reazione modello.
Inoltre, possono essere utilizzati anche altri alcheni. Le nanoparticelle di platino possono essere sintetizzate in diverse dimensioni con diversi ligandi per influenzare le proprietà catalitiche. I ligandi in catalizzatori eterogenei possono offrire un nuovo approccio catalitico per controllare l'attività e la selettività delle reazioni catalizzate oltre alla dimensione delle particelle e agli effetti di supporto.
