CZ201012A3 - Zpusob prípravy nanocástic oxidu nikelnatého s vysokou katalytickou aktivitou - Google Patents

Zpusob prípravy nanocástic oxidu nikelnatého s vysokou katalytickou aktivitou Download PDF

Info

Publication number
CZ201012A3
CZ201012A3 CZ20100012A CZ201012A CZ201012A3 CZ 201012 A3 CZ201012 A3 CZ 201012A3 CZ 20100012 A CZ20100012 A CZ 20100012A CZ 201012 A CZ201012 A CZ 201012A CZ 201012 A3 CZ201012 A3 CZ 201012A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
nickel
aqueous solution
nickel oxide
catalytic activity
mev
Prior art date
Application number
CZ20100012A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ302445B6 (cs
Inventor
Cuba@Václav
Pavelková@Tereza
Pospíšil@Milan
Múcka@Viliam
Original Assignee
Ceské vysoké ucení technické - FJFI-katedra jaderné chemie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ceské vysoké ucení technické - FJFI-katedra jaderné chemie filed Critical Ceské vysoké ucení technické - FJFI-katedra jaderné chemie
Priority to CZ20100012A priority Critical patent/CZ201012A3/cs
Publication of CZ302445B6 publication Critical patent/CZ302445B6/cs
Publication of CZ201012A3 publication Critical patent/CZ201012A3/cs

Links

Landscapes

  • Catalysts (AREA)

Abstract

Zpusob prípravy nanocástic oxidu nikelnatého s vysokou katalytickou aktivitou spocívá v tom, že se reakcní vodný roztok fotochemicky a/nebo radiochemicky citlivé slouceniny obsahující nikelnaté ionty s prídavkem lapace -OH radikálu, který je s výhodou vybrán ze skupiny tvorené alifatickými alkoholy nebo polyvinylalkoholem nebo solemi organických kyselin obsahujících anion -COO.sup.-.n., ozárí UV zárením nebo gama zárením o energii vyšší než 1 MeV nebo urychlenými elektrony o energii 1 až 6 MeV dávkou 5 až 150 k Gy za vzniku jemne dispergované tuhé fáze oxidu nikelnatého, tuhá fáze se separuje ultrafiltrací a suší pri teplote do 100 .degree.C a po té se tepelne upraví pri teplote 200 až 600 .degree.C.

Description

Oblast technik
Vynález se týká způsobu přípravy nanočástic oxidu nikelnatého s vysokou katalytickou aktivitou.
Dosavadní stav techniky
Mnohostranné aplikace oxidu nikelnatého například jako katalyzátoru různých katalytických reduKcně-oxidačních reakcí,, či prekurzoru pro přípravu katalyzátorů na bázi niklu [Ruchenstein E., Hu Y. H.: Appl. Catal. A; Generál, 154 (1997) 185*205, Wang S., Lu G.O.M.: Appl. Catal B: Environmental, 16 (1998) 269*277], nebo jako základní komponenty citlivých sensorů plynů [Hotový I., Búc D., Haščík Š., Nennewitz O.: VaccumSO (1998), 41'*^44 ], solárních cel [Cook J. G., Koffyberg F.P.: Solar Energy Materials 10 (1984), 55*67], chemických palivových článků [Patři P.S., Kadam L. D.. Appl. Surface Sci. 199 (2002), 211 7 221], elektrod v různých elektrických a optoelektronických zařízeních [Koffyberg F.P., Benko F. A.: J. Electrochem. Soc. 128 (1981), 2476« 2879, Vincent C.A., Bonion F.,Lizzari M.,Scrosati B.: Modem Bateries lst. ed. Edward Arnold, London 1987], elektrických keramických prvků, jako termistorů, varistorů a také pigmentů skel a keramiky [Gualtieri A.F. et al.: J. Amer. Ceram. Soc. 82 (2004), 2566« 2568], jsou založeny na jeho polovodivých, magnetických, optických a elektroch anických vlastnostech. Ty se projevují zcela specifickým způsobem, většinou odlišnými absolutními hodnotami různých fyzikálně chemických parametrů u preparátů tvořených nanočásticemi, nebo tenkými vrstvami nanočástic deponovaných na různých podložkách, oproti objemovému materiálu, jímž může být i práškový oxid nikelnatý.
Byla vypracována řada metod a postupů, vedoucích k depozici tenkých vrstev nanočástic oxidu nikelnatého, např. radiofrekvenční (magnetronové) rozprašování niklu v atmosféře kyslíku, nebo argonu a kyslíku [Estrada W. et al.: J. Appl. Phys. 64 (1988), 3678], naparování elektronovým svazkem [ Seike T., Nagai J.: Solar Energy Mater. 22 (1991), 107], vakuovým naparováním [Tsu R., Esaki L., Ludeke R.: Phys. Rev. Lett. 23 (1969) 977], epitaxe různých výchozích organokovových nebo komplexních prekurzoru z kapalné fáze. [Varkey A.J., Fořt A.F.: Thin Solid Films 235 (1993), 47, Chigane M., Ishikawa M.: J. Chem. Soc. Faraday Trans. 94 (1998), 3665], chemická sprejová pyrolýza [Yi X., Wenzhang W., Yítai G., Li Y., Zhivxen Ch.: J. Cryst. Growth 167 (1996), 656-659], anodická oxidace [Lampert C. M., Omstead T. R, Yu P. C.: Solar Energy Mater. 14 (1986),
-)
161], sol-gcl technika [Šttrca A., Orel B., Pihbar B., Bukovec P.: J. Electroanal. Chem, 408 (1996), 83] a další metody. Žádná z nich neumožňuje přípravu či výrobu oxidu nikelnatého využitelného v oblasti katalýzy ve větším měřítku, protože jde o speciální metodiky přípravy deponovaných tenkých vrstev.
Standardní metodou přípravy katalyzátorů na bázi NiO, případně NiO na vhodném nosiči jsou termické rozklady hydroxidu a solí nikelnatých (dusičnan, uhličitan nebo zásaditý uhličitan, octan aj,), které vedou, v závislosti na teplotě a na výchozím prekurzorů, k práškovitým oxidům s různým obsahem nadstechiometrického kyslíku, lišících se dále velikostí měrných povrchů, morfologií a stupněm dokonalosti krystalické struktury [Estellé J. et al.: Solid Statě Ionics 156 (2003), 233 r 243, Jesos J. C. D. et al.: J. Molecul. Catal A.: Chemical 228 (2005), 283 *291], Na rozdíl od zeleného stechiometrického oxidu, který lze získat rozkladem při vyšších teplotách, nebo dodatečným tepelným opracováním, vzniká při syntéze z prvků nad 400 °C vždy šedý až černý nadstechiometrický oxid nikelnatý [Greenwood N.N, Eamshaw A.: Chemistry of the Elements, Oxford: Pergamon, 1984,1336 37], V laboratorním měřítku byl práškový oxid nikelnatý připraven též rozkladem zásaditého uhličitanu nikelnatého mikrovlnným polem [Wang Y., Ke J.: Matarials Research Bull. 31 (1996), 55 * 61]. Takto připravené objemové materiály však nemají vlastnosti a parametry nanočástic.
Ve srovnání s nimi byla zjištěna u nanokrystalického NiO (velikost krystalitů 3 až 5 nm) získaného alkoxidovou syntézou z etanolového roztoku chloridu vysoká koncentrace aktivních center a řádově vyšší reaktivita, testovaná reakcí s různými látkami (CCI4 , SO2, paraoxonem (diethyl- 4- nitrofenyl fosfát), [Cames C. L., Stipp J., Klabunde J. K.: Langmuir 18 (2002), 1352 + 1359], Autoři však nestudovali katalytickou aktivitu materiálu, jehož příprava je sama o sobě i v laboratorním měřítku poměrně složitá.
Podstata vynálezu
Způsob přípravy nanočásticového oxidu nikelnatého s vysokou katalytickou aktivitou podle vynálezu spočívá v tom, že se reakční vodný roztok fotochemicky a/nebo radiochemicky citlivé sloučeniny obsahující nikelnaté ionty s přídavkem lapače OH radikálů ozáří UV zářením nebo gama zářením o energii vyšší než 1 MeV nebo urychlenými elektrony o energii 1 až 6 MeV dávkou 5 až 150 k Gy za vzniku jemně dispergované tuhé fáze oxidu nikelnatého, tuhá fáze se separuje ultrafiltrací a suší při teplotě do 100 °C a po’té se tepelně upraví při teplotě 200 až 600 CC.
Reakční vodný roztok se s výhodou ozáří UV zářením rtuťové výbojky o výkonu 40 až 160 W.
Lapač -OH radikálů je vybrán ze skupiny tvořené alifatickými alkoholy nebo polyvinylalkoholem nebo solemi organických kyselin obsahujících anion -COO'.
Reakční vodný roztok s výhodou obsahuje jako stabilizátor nanočástic polyvinylalkohol.
Nový, dosud nepopsaný způsob podle vynálezu umožňuje jednoduchou přípravu nanočásticového oxidu nikelnatého s vysokou katalytickou aktivitou za laboratorní teploty v libovolném operačním měřítku. Je založen na ozáření vodného roztoku mravenčanu nikelnatého, případně obsahujícího ještě propan-2-ol (lapač -OH radikálů) nebo polyvinylalkohol (stabilizátor nanočástic); Při jeho tepelném opracování v rozsahu 200 až 600°C dochází k odstranění zbytků organické fáze a tvorbě nanočástic krystalického oxidu nikelnatého s velikostí do 50 nm. Nanočástice oxidu nikelnatého připravené podle vynálezu byly analyzovány práškovou difrakcí, velikost měrného povrchu byla stanovena adsorpcí dusíku ze směsi N2/H2 při teplotě kapalného dusíku a morfologie krystalků NiO byla sledována řádkovacím elektronovým mikroskopem (SEM). Katalytická aktivita takto radiačně připraveného NiO byla testována rozkladem vodného roztoku peroxidu vodíku za konstantního tlaku při různých teplotách. Kinetika reakce byla sledována měřením objemu uvolněného kyslíku. Získané hodnoty rychlostních konstant byly normovány na velikost měrného povrchu a srovnány s výsledkem testování standardu (komerční práškový preparát NiO p.a. - Lachema; velikost měrného povrchu 30 m2/g; v teplotním rozsahu 25 až 40^0 nabývá rychlostní konstanta testovací reakce hodnot 10'5 až 10'4 s'l-m'2) za stejných podmínek. Rychlostní konstanty vzorků připravených podle vynálezu jsou v závislosti na podmínkách přípravy o 3 až 4 řády vyšší, měrné povrchy se pohybují v intervalu 10 až 100 m2/g. Konkrétní využití radiační techniky přípravy nanočásticového vysoce aktivního katalyzátoru na bázi NiO podle vynálezu je zřejmé z následujících příkladů,
Výhodou popsané metody je pružnost výrobního postupu. Reakční vodný roztok může být ozařován v tenké vrstvě nebo v uzavřených či otevřených nádobkách z plastu nebo ze skla. Po ozáření vzniká ve všech případech amorfní NiO. Obrázky získané metodou SEM potvrzují, že po tepelném opracování mají všechny materiály uniformní velikost částic v rozmezí 5 už 40 nm podle způsobu přípravy. Výslednou velikost částic lze ovlivnit zejména přítomností stabilizátoru nanočástic ve výchozím roztoku (PVA), dávkovou rychlostí a tepelným opracováním, s rostoucí teplotou roste i velikost částic. Katalytická aktivita NiO připraveného všemi výše uvedenými způsoby je řádově vyšší v porovnáni se standardem. Velikost měrných povrchů se pohybuje v rozmezí 10 až 100 mVg.
Příklad 1
Výchozí vodný roztok mravenčanu nikelnatého o koncentraci 0.05 mol.1-1 byl ozářen dávkou 80 kGy na lineárním urychlovači elektronů. Vzniklá jemná sraženina NiO byla po 'í f separaci ultrafiltrací tepelně opracována 2h při 200-°C a 2h při 60Q°C (vše ve vakuu). Rentgenová difrakce prokázala čistý NiO, velikost částic 25 nm. Zdánlivá aktivační energie reakce (Ea) nabývá hodnot do 120 kJ/mol, rychlostní konstanta testovací reakce má v teplotním rozsahu 25 až 40°C hodnoty 1,2.104 až 2.10'3 s-Lm-2.
Příklad 2
K vodnému roztoku mravenčanu nikelnatého o koncentraci 0,06 mol.!'1 byl přidán propan-2-ol o koncentraci 1,3 mol.1’1. Výsledná směs byla ozářena jako v předchozím případě, ale dávkou 100 kGy. RTG analýza prokázala NiO, tepelně opracovaný materiál (2h při 200PC ve vakuu, 2h při 500cC na vzduchu) měl velikost částic 40 nm. Zdánlivá aktivační energie reakce (Ea) nabývá hodnot do 100 kJ/mol, rychlostní konstanta testovací reakce má v teplotním rozsahu 25 až 40^C hodnoty 1,2.104 až 2,5.10-3 s-1,m-2.
Příklad 3
K vodnému roztoku PVA o koncentraci 10’5.mol.11 byl přidán mravenčan nikelnatý tak, aby jeho výsledná koncentrace byla 0,1 mol.1'1. Po ozáření dávkou 80 kGy vznikl koloidní roztok, obsahující podle UV/Vis měření NiO. Po separaci lyofilizací vznikl jemný prášek, který by! tepelně opracován 2h při 35OPC ve vakuu. Jedná se o čistý NiO s velikostí částic 5 nm. Zdánlivá aktivační energie reakce (Ea) nabývá hodnoty 100 kJ/mol, rychlostní konstanta reakce má v teplotním rozsahu 25 až 40°C hodnoty 1,7.10-3 až 3,5, i0-2 s ' nť2.
Příklad 4
Výchozí vodný roztok, obsahující prekurzor dusičnan nikelnatý o koncentraci OJ mol.11 . mravenčan draselný o koncentraci 0,5 mol.l·1 nebo propan-2-ol o koncentraci 1,3 mol.11 jako vychytávač OH radikálů a PVA o koncentraci 0,00001 mol. 1 Ί jako stabilizátor, byl vystaven UV záření střednětlaké rtuťové výbojky o zářivém výkonu 40W po dobu 3x30 minut tak, aby teplota ozařovaného roztoku nepřesáhla 50°C. Po zchladnutí byla vzniklá tuhá fáze zfíltrována a opatrně sušena při pokojové teplotě. Následné byla tepelně opracována na
- -.ť vzduchu lh při 200 °C a 2h při 600°C. Takto připravený NiO má velikost částic 8*10 nm. Zdánlivá aktivační energie reakce (Ea) nabývá hodnot 70 až 90 kJ/mol, rychlostní konstanta testovací reakce má v teplotním rozsahu 25 až 40fC hodnoty 1,0.10 4 až 2,0.10-3 s-1. m-2 .
Průmyslová využitelnost
Vynález je využitelný v chemickém průmyslu při výrobě nanocástic oxidu nikelnatého s vysokou katalytickou aktivitou.

Claims (4)

  1. Patentové nároky
    1. Způsob přípravy nanočástic oxidu nikelnatého s vysokou katalytickou aktivitou, vyznačený tím, že se reakční vodný roztok fotochemicky a/nebo radiochemicky citlivé sloučeniny obsahující nikelnaté ionty s přídavkem lapače -OH radikálů ozáří UV zářením nebo gama zářením o energii vyšší než 1 MeV nebo urychlenými elektrony o energii 1 až 6 MeV dávkou 5 až 150 k Gy za vzniku jemně dispergované tuhé fáze oxidu nikelnatého, tuhá fáze se separuje ultrafiltrací a suší při teplotě do 100 °C a poté se tepelně upraví při teplotě 200 až 600 °C.
  2. 2. Způsob podle nároku 1, vyznačující se tím, že se reakční vodný roztok ozáří UV zářením rtuťové výbojky o výkonu 40 až 160 W.
  3. 3. Způsob podle nároku ^vyznačující se tím, že lapač -OH radikálů je vybrán ze skupiny tvořené alifatickými alkoholy nebo polyvinylalkoholem nebo solemi organických kyselin obsahujících anion -COO'.
  4. 4. Způsob podle nároku l(vyznačující se tím, že reakční vodný roztok obsahuje jako stabilizátor nanočástic polyvinylalkohol.
CZ20100012A 2010-01-07 2010-01-07 Zpusob prípravy nanocástic oxidu nikelnatého s vysokou katalytickou aktivitou CZ201012A3 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20100012A CZ201012A3 (cs) 2010-01-07 2010-01-07 Zpusob prípravy nanocástic oxidu nikelnatého s vysokou katalytickou aktivitou

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ20100012A CZ201012A3 (cs) 2010-01-07 2010-01-07 Zpusob prípravy nanocástic oxidu nikelnatého s vysokou katalytickou aktivitou

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ302445B6 CZ302445B6 (cs) 2011-05-18
CZ201012A3 true CZ201012A3 (cs) 2011-05-18

Family

ID=43989613

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ20100012A CZ201012A3 (cs) 2010-01-07 2010-01-07 Zpusob prípravy nanocástic oxidu nikelnatého s vysokou katalytickou aktivitou

Country Status (1)

Country Link
CZ (1) CZ201012A3 (cs)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100376482C (zh) * 2006-03-30 2008-03-26 上海工程技术大学 制备纳米铜镍复合氧化物的方法
DE102008026209A1 (de) * 2008-05-30 2009-12-03 Süd-Chemie AG Verfahren zur Herstellung nanokristalliner Nickeloxide
DE102008026094A1 (de) * 2008-05-30 2009-12-03 Süd-Chemie AG Verfahren zur Herstellung nanokristalliner Nickeloxide
CN101302040A (zh) * 2008-06-13 2008-11-12 辽宁石油化工大学 一种制备粒径可控纳米氧化镍颗粒的方法

Also Published As

Publication number Publication date
CZ302445B6 (cs) 2011-05-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wojnarowicz et al. Effect of water content in ethylene glycol solvent on the size of ZnO nanoparticles prepared using microwave solvothermal synthesis
Zhu et al. Enhanced ethanol sensing and mechanism of Cr-doped ZnO nanorods: Experimental and computational study
Huang et al. Core–shell structure of zinc oxide/indium oxide nanorod based hydrogen sensors
Gupta et al. Hydrogen sensing based on nanoporous silica-embedded ultra dense ZnO nanobundles
Kiomarsipour et al. Hydrothermal synthesis and optical property of scale-and spindle-like ZnO
Qiu et al. Solution-based synthesis of pyrite films with enhanced photocurrent generation
Ni et al. Hierarchical ZnO micro/nanoarchitectures: hydrothermal preparation, characterization and application in the detection of hydrazine
Hosono et al. Ferroelectric BaTaO2N crystals grown in a BaCN2 flux
Jung et al. Fabrication of porous β-Bi2O3 nanoplates by phase transformation of bismuth precursor via low-temperature thermal decomposition process and their enhanced photocatalytic activity
Kulkarni et al. Synthesis and characterization of uniform spherical shape nanoparticles of indium oxide
Thangarasu et al. Synthesis, characterization and gas sensing performance of V2O5 nano-structure on PET substrate
Ghosh Synthesis and characterization of zinc oxide nanoparticles by sol-gel process
Siddiquey et al. A rapid method for the preparation of silica-coated ZrO2 nanoparticles by microwave irradiation
Wang et al. Monodisperse WO 3 hierarchical spheres synthesized via a microwave assisted hydrothermal method: time dependent morphologies and gas sensing characterization
KR20220056766A (ko) 다기공 2차원 산화아연 구조물 및 그의 제조방법
Bahram et al. Synthesis and characterization of Nd2O3 nanoparticles using urea as precipitation agent
CN102509648A (zh) 一种Ga掺杂ZnO纳米材料的制备方法
Ihara et al. Template-free solvothermal preparation of ZnO hollow microspheres covered with c planes
US20250289729A1 (en) Biconical tungsten (molybdenum) trioxide powder, and preparation method and use thereof
CZ201012A3 (cs) Zpusob prípravy nanocástic oxidu nikelnatého s vysokou katalytickou aktivitou
KR100726336B1 (ko) 가시광선에 감응하는 광촉매 이산화티타늄 박막 및 그 제조방법
Wei et al. Effects of Deposition Parameters of Hydrothermal Method on Synthesis of ZnO-based Nanowires.
Hkiri et al. Deposition of CaZrO3 thin films by EB-PVD: Effects of substrate on the composition, the structure, the morphology and the optical properties
Qi et al. A novel sensor apply in detection of indoor air
Boyadjiev et al. Preparation and characterization of WO3 nanoparticles, WO3/TiO2 core/shell nanocomposites and PEDOT: PSS/WO3 composite thin films for photocatalytic and electrochromic applications

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Patent lapsed due to non-payment of fee

Effective date: 20140107