使用微波辐射合成双金属纳米颗粒催化剂的制作方法_4

文档序号:8946826阅读:来源:国知局
图,图IOB是l:2Rh:Ag合金纳米颗粒的TEM图,图IOC是I: IRh:Ag合金纳米颗粒的 TEM图,图IOD是2: IRh = Ag合金纳米颗粒的TEM图,和图IOE是3: IRh = Ag合金纳米颗粒的 TEM 图。
[0052] 图 10A-10E、11A、11B、12A、12B、13A、13B、14A、14B、15A 和 15B 是具有不同组成的 Rh:Ag合金纳米颗粒的Rh 3d和Ag 3d的XPS光谱图。图11A-11B是3: IRh = Ag合金纳米 颗粒的Rh 3d的XPS光谱图(图11A)和Au 4f的XPS光谱图(图11B)。图12A-12B是 2: IRh: Ag合金纳米颗粒的Rh 3d的XPS光谱图(图12A)和Au 4f的XPS光谱图(图12B)。 图13A-13B是I: IRh = Ag合金纳米颗粒的Rh 3d的XPS光谱图(图13A)和Au 4f的XPS光 谱图(图13B)。图14A-14B是l:2Rh:Ag合金纳米颗粒的Rh 3d的XPS光谱图(图14A)和 Au 4f的XPS光谱图(图14B)。图15A-15B是1: 3Rh:Ag合金纳米颗粒的Rh 3d的XPS光 谱图(图15A)和Au 4f的XPS光谱图(图15B)。
[0053] 图16A-16B是针对Rh:Ag合金纳米颗粒绘制的转换频率(TOF)图。图16A显示 了针对使用I: IRh: Ag合金纳米颗粒、2: IRh: Ag合金纳米颗粒、3: IRh: Ag合金纳米颗粒、 l:3Rh:Ag合金纳米颗粒和l:2Rh:Ag合金纳米颗粒的环己稀加氢绘制的转换频率图。图16B 显示了横跨底部的随着Rh百分比的稳定状态的转换频率。
[0054] 图17A-17F(分别)是Rh:Pd合金纳米颗粒的XRD光谱图、紫外可见光谱图、Rh的 XPS光谱图、Pd的XPS光谱图和TEM图。图17A-17B是2: IRh:Pd合金纳米颗粒以及Rh和 Pd晶种的XRD数据和吸收光谱。图17C-17D分别是Rh:Pd(2:1)合金纳米颗粒的Rh 3d和 Pd 3d的XPS光谱图。图17E-17F分别是2: IRh = Pd合金纳米颗粒和I: IRh = Pd纳米颗粒的 TEM 图。
[0055] 图18A-18E(分别)是Rh:Pt(2:l)合金纳米颗粒的紫外可见光谱图、XRD光谱图、 Rh的XPS光谱图、Pt的XPS光谱图和TEM图。图18A和18B是2: IRh:Pt合金纳米颗粒以 及Rh和Pt对照的吸收光谱和XRD数据。图18C-18D分别是Rh 3d和Pt 4f的XPS光谱图。 图18E是2: IRh:Pt合金纳米颗粒的TEM图。
[0056] 图19A-19B是针对Rh: Pd和Rh: Pt合金纳米颗粒绘制的根据转换频率(TOF)的催 化剂活性图。图19A显示了 2: IRh = Pd合金纳米颗粒以及Rh和Pd对照的催化转换频率,以 及图19B显示了 2: IRh:Pt合金纳米颗粒以及Rh和Pt对照的催化转换频率。
[0057] 图20A显示了 I: IPchAu合金纳米颗粒的TEM图。图20B显示了 I: IPchAu合金纳 米颗粒的XRD数据。
[0058] 由在80kV下运行的FEI Tecnai显微镜得到透射电子显微镜(TEM)图像。通过将 单独的小份的分散在乙醇中的纳米颗粒滴落涂布(drop-casting)到200目的碳涂覆的铜 卩01'〇1\711'1<网(Ted Pella,Inc.)以及使其随后在空气中蒸发来制备样品。每次试验通过 测量最少200个单个颗粒以及通过取来自由至少两个单独的合成法获得的样品的多个图 像的平均值得到纳米颗粒的尺寸和标准偏差。使用图像-J(Image-J)来测量单个颗粒,图 像-J通过像素计数得到每个纳米颗粒的面积。使用JEOL 2010F透射电子显微镜来进行高 分辨率TEM(HRTEM)和能量色散X射线分析(EDX)。该仪器使用具有0. 19nm点对点分辨率 的场发射枪在200keV下运行。利用于40kV和40mA下运行的、使用Cu Ka源(1.541 8 A ) 的Bruker AXS D8衍射仪记录粉末X射线衍射图,使用3° min1的扫描速度收集光谱,步宽 为0. 020 (2 Θ )。使用装备有双射束和175-3300nm的波长范围的Carry 6000i紫外可见近红 外光谱仪收集紫外可见数据。使用Kratos Axis Ultra光电子光谱仪(Kratos Axis Ultra Photoelectron Spectrometer)来进行X射线光电子能谱(XPS)。利用单色Al-Ka x射线 源(hy = 1486. 5eV)、混合光学元件(同时利用磁的和静电的透镜)和偶联到半球形光电 子动能分析仪的多通道板来记录XPS光谱。使用为了取信号平均值的四次扫描、1800msec 的驻留时间、300χ 700 μπι的缝隙光孔、20eV的通能和0.1 eV每步来记录所有光谱。为了使 样品带电和由于带电引起的带变形(band shape distortion)最小化,使用Kratos电荷中 和器(20eV电子)来记录XPS光谱,而样品台是浮动的(即,不连接到地面(地表))。使用 Casa XPS分析软件用于峰反卷积(peak deconvolution),并且对于每个感兴趣的元素由校 正的峰面积和利用Kratos灵敏度因数测定样品的化学计量。
[0059] Rh:Au合金纳米颗粒。在反应容器中直接制备聚乙稀吡略烧酮(200mg,I. 8mmol) 和硼氢化钠(21mg,0. 56mmol)于乙二醇(15. OmL)中的溶液,并且在搅拌下达到150°C。在相 同的溶剂(5. OmT,)中制备由HAuCl4 ·3Η20(41π^,0· 10mmol)和RhCl3 ·χ H2O(22mg,0· 10mmol) 组成的第二溶液,并装载到新的IOmL -次性注射器中。以300mL h 1的速率将一半的金属 前体溶液(2. 5mL)注入热的、搅拌的PVP/NaBH4溶液中。溶液的颜色快速变成红棕色。前 体添加后,混合物于150°C下再搅拌30分钟。该时间段之后,以20mL h 1的速率添加剩余 的金属溶液(2. 5mL),并且在金属溶液完成后于相同的温度下搅拌反应30分钟。然后通过 将反应容器转移到冰水浴来快速冷却反应。通过添加丙酮(大约60mL)来沉淀Au/Rh纳米 颗粒,从而得到红棕色的悬浮液,对悬浮液进行短暂的超声处理(〈1分钟)。然后通过超速 离心法分离沉淀(5krpm,5分钟),以及倒掉无色的上清液,留下棕色固体。通过2个在乙 醇(IOmL)中溶解、接着使用己烷(70mL)沉淀和通过离心分离的循环进一步将其纯化以除 去过量的PVP和乙二醇。
[0060] Rh:Au 和 1: 3Rh_Au 合金纳米颗粒。使用 NaBH4(20_30mg,0· 55-0. 84mmo1)和 RhCl3 · X H2O (22mg,0· 10mmol)进行以上步骤。HAuCl4 · 3H20 (84mg,0· 22mmo1 和 113mg, 0.29mmol)的量根据目标比例改变,所述目标比例使用作为"锚"固定的Rh3+的摩尔量。使 用完全相同的体积和添加速率。在纯化阶段期间,颗粒经历3个乙醇溶解/己烷沉淀的循 环。
[0061] 2: IRh-Au和3: IRh-Au合金纳米颗粒。类似地,当Rh:Au比例增加时,使用的 HAuCl4 · 3H20的量保持恒定,起到"锚"的作用(40mg,0.1 Omrnol)。因此,使用的NaBH^ 量也保持相同(22mg,0. 55mmol)。系统地增加 Rh前体的量,从而达到目标比例(43-62mg, 0. 20mmol-0. 30mmol)。所有的体积和添加速率保持恒定,以及如前面的I-IRh-Au合金纳米 颗粒所见的来纯化颗粒。
[0062] Rh-Ag合金纳米颗粒。在反应容器中直接制备聚乙稀吡略烧酮(366mg,3. 29mmol) 在乙二醇(20.0 mL)中的溶液,并且在搅拌下达到150°C。一旦达到该温度,非常快地将相同 溶剂(I. 5mL)中的25 μΜ HCl添加到热的溶液。分别制备RhCl3 · X H20(29mg,0· 14mmol) 于乙二醇(5. OmL)中和AgN03(24mg,0. 14mmol)于5. OmL的相同的溶剂中的两种溶液,并将 它们分别装载到新的10.0 mL的注射器中。然后在酸添加后5分钟,以150mL h 1的速率,分 别但同时添加所述溶液。溶液的颜色迅速变成棕色。前体添加后,混合物于150°C下再搅 拌30分钟。该时间段之后,反应于冰水浴中淬灭,并通过添加丙酮(105. OmL)沉淀。然后 通过离心(5krpm,5分钟)收集Rh/Ag沉淀。纳米颗粒经历2个乙醇(15. OmL)分散和己烧 (105. OmL)沉淀的循环。在该阶段采用更短和更慢的离心分离时间(2. 5krpm,3分钟)以避 免团聚。最后,将纳米颗粒重新分散于15. OmL的水中,并用6. OmL的NH40H(29. 14%含量) 处理,接着离心(8. 5krpm,15分钟),从而除去可能已在合成工艺过程中形成的任何AgCl。
[0063] 1:2和1: 3Rh-Ag合金纳米颗粒。如以上描述的,使用微波辐射将PVP (400-450mg, 3. 60 - 4. 05mmol)在乙二醇(20.0 mL)中的溶液加热到150°C。然后进行以上步骤,但是添 加的八8勵3(50 - 7311^,0.29 - 0.43臟〇1)和!1(:1(3.01^)的量根据目标比例改变,留下他3+的 摩尔量作为固定的"锚"。使用完全相同的体积和添加速率。纯化步骤也保持相同。
[0064] 2:1和3: IRh-Ag纳米颗粒。按照与所述的用于I-IRh-Ag的相同的步骤,在相 同溶剂中的非常稀的HCl溶液添加之后,将金属前体溶液添加到PVP的乙二醇热溶液中。 在这种情况下,Ag+的摩尔量(25mg,0. 15mmol)被用作"锚",而改变添加的Rh3+前体的量 (61 - 87mg,0. 29 - 0. 42mmol)以实现目标组成。如以上解释的进行纯化步骤。
[0065] 催化剂研究。通过将预焙烧的SiO2 (200mg)添加到8-12mg的PVP封盖的RhAg和 RhAu纳米颗粒于乙醇/H2OQ: 1)中的悬浮液中来制备催化剂。对料楽;进行超声处理20分 钟,过滤分离,用乙醇/H2O洗涤,并于70°C下干燥。对于每个催化剂研究,将少量的复合材 料催化剂(大约5 - 15mg)负载到悬挂在D3-多孔玻璃料以上的定制的石英U形管中。样 品与酸洗涤的且焙烧的砂混合,加热到25°C,然后样品和整个反应器管线(石英,被加热到 90°C)用反应气混合物(H2/He 1:1)吹扫30分钟。催化以将环己烯蒸汽经由配备烧结起 泡器的同轴饱和器引入到气流中作为起点。通过排出气流的自动化气动门取样,直接进入 配备Restex Stabiliwax 15米柱以及串联的FID和TCD检测器的HP Agilent 6890 GC实 时取得所有数据。基于估算的表面积与体积比(通过TEM)得到活性和转换频率值。通过 收集五个温度下(在5-30°C的范围内)的稳定状态的活性值来测定活化能
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