Một số nghiên cứu về HẠt nano palladium trên nền graphene và graphite oxide



tải về 0.91 Mb.
Chuyển đổi dữ liệu02.01.2022
Kích0.91 Mb.
#3879

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KHOA HỌC TỰ NHIÊN

------

Học viên: Nguyễn Hoàng Vũ

BÀI TIỂU LUẬN

Đề tài

MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ

HẠT NANO PALLADIUM TRÊN NỀN GRAPHENE VÀ GRAPHITE OXIDE

DÙNG LÀM XÚC TÁC HOẠT TÍNH CAO

Cao học Hóa lý và Hóa lý thuyết – Khóa 22

Môn: Hóa xúc tác

Hướng dẫn khoa học: GS. TSKH. Lưu Cẩm Lộc


Thành phố Hồ Chí Minh, năm 2012

Mục lục

Tổng quan

1. Graphene (G) – Graphite oxide (GO)

2. Hoạt tính của Palladium trong vai trò xúc tác

Thực nghiệm

3. Phương pháp tổng hợp Pd/G, Pd/GO – Một số khảo sát về tính chất của xúc tác Pd/GO

5. Ứng dụng của xúc tác Pd/GO
3. Tổng hợp Pd/Graphite oxide (GO) [xxx111]

3.1. Tổng hợp GO

GO được điều chế từ các mảnh graphite (KFL 99,5, min 20% > 100 μm) theo phương pháp được mô tả bởi Hummers và Offermann [xxx].

Graphite được khuấy trong dung dịch axit sunfuric đậm đặc (350 mL) ở nhiệt độ phòng, sau đó, thêm vào natri nitrat (7,5 g). Sau 16 giờ, hỗn hợp được làm lạnh đến 0 oC, thêm vào kali pemanganat (45 g). Sau 2 giờ, thu được hỗn hợp nhão màu xanh lá nhạt, để hỗn hợp đạt đến nhiệt độ phòng. Khuấy hỗn hợp trong 3 giờ, sau đó đổ cẩn thận hỗn hợp thu được vào cốc 2 L chứa sẵn nước đá. Tiếp theo, lượng dư hidro peoxid (3%) được cho vào hỗn hợp. Hỗn hợp được khuấy qua đêm, sau đó đem lọc. Giai đoạn cuối cùng là rửa nhiều lần hỗn hợp thu được với HCl/H2O2 (tỉ lệ 1:1, 5%), sau khi lọc tiếp tục thực hiện rửa nhiều lần với nước kết hợp với ly tâm, cho đến khi phần nước không cho kết tủa với dung dịch AgNO3 nữa. Đóng băng khô sản phẩm, thu được một chất rắn màu nâu sẫm. Nghiền sản phẩm với máy ghiền, loại kích thước 60 μm , kết hợp làm lạnh. GO thu được có khoảng 2% lưu huỳnh, ứng với 6% sunfat. Giá trị này tương đối nhỏ và sau khi thực hiện trao đổi với Pd thì giá trị này giảm đến 0.

Khảo sát một số tính chất của GO [xxx222]



[xxx3]


3.2. Tổng hợp xúc tác Pd/GO và Pd/G

Bằng cách phân tán các cấu trúc GO (2,5 g) trong nước (200 mL), sự trao đổi ion palladium sẽ diễn ra theo con đường, các cation Pd2+ được hấp thụ lên trên cấu trúc GO mang các nhóm định chức. Theo đó, một lượng palladium axetat (250 mg, 1,1 mmol) được thêm vào và hỗn hợp được đánh siêu âm cường độ mạnh trong 5 phút. Bất chấp khả năng tan rất thấp của palladium axetat trong dung môi nước, phản ứng trao đổi cation được thực hiện qua đêm. Hỗn hợp thu được có mùi chua như giấm, sau khi rửa nhiều lần với nước và axeton, sản phẩm Pd2+-GO được làm khô trong chân không ở 40 oC và nghiền mịn thành dạng bột thông qua một rây kích thước 150-μm, độ ẩm sau nghiền, tính theo hàm lượng nước là 4,5%. Các phép đo cơ học cho kết quả khối lượng riêng của hạt là 0.3 g.cm–3, trong đó, hàm lượng Pd lên đến 3,4%.

Tiến hành khử hóa Pd2+-GO để thu được các hạt Pd0 trên graphite

Để tạo ra các hạt Pd0 dope trên phân tử GO, dòng khí H2 được dẫn qua pha Pd2+-GO (0,5 g) trong ethanol (100 mL) trong vòng 45 với tốc độ dòng 40 mL.phút–1. Sau khi đuổi dung môi, sản phẩm thu được một lần nữa được nghiền thành dạng bột qua rây có kích thước 150-μm, thành phần nguyên tố sau khi nghiền có sự tương tự với chất nền ban đầu.

Pd2+-GO được khử hóa một phần với tác chất là hydrate hydrazin. 0,16 mL hydrate hydrazin (165 mg, 3,3 mmol), 99,9% N2H5OH được thêm vào cốc chứa Pd2+-GO (0,2 g) trong nước (50 mL). Hỗn hợp được khuấy qua đêm, chuyển sang màu xám nhạt, được ly tâm và rửa nhiều lần với nước. Kết tủa sau khi lọc được sấy trong chân không ở 40 oC và nghiền mịn qua rây 150 μm, chứa hàm lượng nước khoảng 0,5%. Khối lượng riêng của hạt dạng bột mịn thu được là 0.3 g.cm–3, hàm lượng Pd vào khoảng 3,4%.

Theo một phương pháp khác, phương pháp nhiệt, mẫu Pd0-CDG-EXP được điều chế bằng cách nung nóng ống Schlenck chứa Pd2+-GO trong khí quyển argon, bằng đèn Bunsen ở nhiệt độ 500 – 600 oC trong 2 phút. Sự giãn nở cấu trúc GO xảy ra, chuyển thành một dạng bột như muội than mịn, có khối lượng riêng khoảng 0.01 g.cm–3, hàm lượng Pd là 6,0%.

Các mẫu xúc tác thu được được cất giữ ở nhiệt độ phòng.

Một số tính chất của các mẫu thu được từ thực nghiệm của Gil và cộng sự


Mẫu

Thành phần

% oxi về khối lượng

% Pd về khối lượng

Đường kinh hạt

(nm)


Diện tích bề mặt (m2.g–1) BET

Pd/C

Pd2+-GO

Pd0-CDG-H2

Pd0-CDG-N2H4

Pd0-CDG-EXP


C6H1,9O3,2

C6H0,9O1,7

C6H1,9O3,2

C6H1,2O1,5

C6H1,9O1,1


No data

41

28



25

19


10

3,4


3,4

3,5


6,0

No data

4 ± 1


7 ± 2

54 ± 28


3 ± 1

820

No data


No data

220


650





Giản đồ TGA của các mẫu xúc tác đo với khí nitơ




Ảnh ESEM của các mẫu xúc tác

Ngoài các phương pháp trên, Ali và cộng sự [xxx444] cũng đưa ra phương pháp để điều chế Pd/G và Pd/GO với sự hỗ trợ của vi sóng (microwave)

GO được điều chế cũng theo phương pháp của Hummers và Offeman. Bánh sản phẩm màu vàng nâu được rửa nhiều lần với nước, sau đó làm khô ở nhiệt độ phòng, trong chân không suốt đêm. Để điều chế Pd/G, 0,1 g GO đã làm khô và 1 lượng thích hợp palladium nitrat (10% về khối lượng trong dung dịch HNO310%, tinh khiết 99,999%) được hòa trộn, đánh siêu âm trong nước đã tách loại ion đến khi thu được một hệ phân tán đồng nhất màu vàng. Thêm vào đó 100 μL chất khử - hydrat hydrazin (HH) và đặt toàn bộ hệ phản ứng trong lò vi sóng loại thường. Điều chỉnh các thông số ở công suất mạnh (1000 W), 2,45 GHz, chu kì 30 s (mở 10 s, sau đó tắt và khuấy trong 20 s) trong tổng thời gian là 60 s. Dung dịch palladium nitrat – GO màu vàng ban đầu chuyển sang màu đen, cho thấy GO đã được khử hóa hoàn toàn thành graphene. Pd/G được tách ra bằng máy ly tâm với tốc độ 5000 vòng.phút–1 trong 15 phút và sấy khô qua đêm. Điều chế tương tự nhưng không sử dụng hydrat hydrazin, sẽ thu được Pd/GO.

Khảo sát một số tính chất của Pd/G và Pd/GO









4. Ứng dụng của xúc tác Pd/G và Pd/GO

4.1. Xúc tác nano Pd/G và Pd/GO trong phản ứng Suzuki – Miyaura coupling

[xxx555]


Phản ứng Suzuki tổng quát là phản ứng kết hợp giữa một halogenua của vòng thơm (hoặc vinyl) với các boran, boronic axit hoặc este để hình thành các biaryl.

Quy trình tổng quát [xxx444]



Aryl bromua (0,51 mmol, 1 đlg.) được hòa tan trong 8 mL dung môi là hệ H2O:EtOH (tỉ lệ 1:1) và cho vào một ống vi sóng cỡ 35 mL. Thêm vào ống aryl boronic axit (0,61 mmol, 1,2 đlg.) và kali cacbonat (1,53 mmol, 3 đlg.). Cho vào tiếp Pd/G (2,1 mg, 1,53 μmol, 0,3 mol%), ống được niêm kín và gia nhiệt đến nhiệt độ nhất định, dưới tác dụng của bức xạ vi sóng (250W, 2,45 MHz) trong thời gian được trình bày ở bảng 2.

Tùy thuộc vào mức độ hoàn toàn của phản ứng, hỗn hợp phản ứng được hòa với 20 mL nước và chiết với CH2Cl2 (3 × 50 mL). Các phần hữu cơ sau khi chiết được trộn chung lại, làm khô với Na2SO4 khan và lọc. Phần nước lọc thu được sau khi đuổi dung môi trong chân không tạo thành sản phẩm rắn. Để thu được sản phẩm tinh khiết, có thể sử dụng phương pháp sắc ký lỏng, dùng hệ dung môi hexan:etyl axetat hoặc tiến hành rửa chất rắn thu được với một dung môi không phân cực, như hexan chẳng hạn, sau đó gạn bỏ lớp hexan và thu sản phẩm.

tải về 0.91 Mb.

Chia sẻ với bạn bè của bạn:




Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©tieuluan.info 2023
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương