PL227067B1

PL227067B1 - Sposób otrzymywania mezoporowatych krzemionkowych nanomateriałów

Info

Publication number: PL227067B1
Application number: PL402357A
Authority: PL
Inventors: Xuecheng Chen; Ewa Mijowska; Ryszard Kaleńczuk; Ryszard Kalenczuk; Karolina Wenelska
Original assignee: Zachodniopomorski Univ Tech W Szczecinie
Priority date: 2013-01-04
Filing date: 2013-01-04
Publication date: 2017-10-31
Also published as: PL402357A1

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest sposób otrzymywania mezoporowatych krzemionkowych nanomateriałów w postaci nanorurek zawierających cząstki metalu.

Mezoporowate krzemionki charakteryzują się specyficznymi właściwościami w tym dużą objętością porów, jednolitym rozkładem wielkości porów, dużą powierzchnią właściwą co zapewnia szeroki potencjał w zastosowaniach przemysłowych i technologicznych. Znane są z literatury nanorurki węglowe o strukturze peapod. W literaturze znajduje się wiele publikacji dotyczących wykorzystania mezoporowatej krzemionki, jednak żadna z nich nie tyczy się cząstek palladu w mezoporowatej krzemionce w postaci struktur typu peapod.

Sposób otrzymywania mezoporowatych krzemionkowych nanomateriałów, wykorzystujący metodę szablonową, charakteryzuje się tym, że jako szablon stosuje się sfunkcjonalizowane nanorurki węglowe, na których osadza się pallad poprzez dodanie do zdyspergowanej mieszaniny octanu palladu w stosunku do nanorurek 1:2 i gotowaniu mieszaniny przez minimum 6 godzin. Następnie półprodukt przemywa się kilkakrotnie wodą do momentu usunięcia surfaktantu i suszy się w temperaturze 75-90°C w próżni po czym pokrywa się mezoporowatą krzemionką, poddaje się sonikacji i mieszaniu mieszadłem mechanicznym, przez minimum 8 godzin. Następnie produkt wygrzewa się w temperaturze 400-500°C przez czas 1-2 godzin w celu usunięcia surfaktantu a następnie poddaje wyżarzaniu w atmosferze argonu przez minimum 16 godzin, w temperaturze od 400° do 800°C otrzymując mezoporowatą nanorurkę krzemionkową z cząstkami palladu w środku strukturze peapod. Nanorurki węglowe funkcjonalizuje się dyspergując je w roztworze dodecylosiarczanu sodu o stężeniu 0.025-0.5 M lub, przy użyciu sondy ultradźwiękowej w czasie od 20-90 min. Półprodukt pokrywa się mezoporowatą krzemionką umieszczając wysuszony półprodukt w naczyniu zawierającym mieszaninę heksadecylo trimetylo bromku amonu w wodzie o udziałach odpowiednio 300-320 mg i 8-10 ml, następnie do mieszaniny dodaje się bezwodny etanol w ilości 20-24 i amoniak w ilości 0.5-0.7 ml oraz roztwór tetraetylo ortokrzemianu, który jest rozcieńczony w etanolu w ilości odpowiednio 0.29-0.3 ml 12-14 ml.

Otrzymane według wynalazku struktury zawierające cząstki palladu w mezoporowatej krzemionce w postaci struktur typy peapod, charakteryzują się dużą powierzchnią właściwą, która ₂ wynosi 554.673 m²/g. Widmo promieniowania rentgenowskiego pokazuje silne piki przy wielkościach 40°, 47°, 68°, 82°, 87° które świadczą o obecności palladu w strukturach (fig. 1). Na widmie wyraźnie widać brak pików pochodzących od węgla. Mezoporowata warstwa krzemionkowa nie tylko chroni nanocząstki palladu w środku, ale także zapewnia poprzez nanokanały dostęp do cząsteczek palladu. Struktury te charakteryzują się dużą stabilnością termiczną, a także wykazują bardzo dobre właściwości katalityczne podczas oczyszczania spalin samochodowych.

Sposób według wynalazku przedstawiony jest w przykładach wykonania i na rysunku na którym fig. 1 przedstawia widmo promieniowania rentgenowskiego cząstek palladu w mezoporowatej krzemionce w postaci struktur typu peapod Pd@m-SiO2, na którym wyraźnie widać, że struktury peapod zawierają w swojej budowie tylko krzem i pallad, fig. 2 i fig. 3 przedstawia zdjęcia z mikroskopu elektronowego TEM, które pokazują finalny produkt - cząstki palladu w mezoporowatej krzemionce w postaci struktur typu peapod. Na zewnątrz widoczna jest mezoporowata krzemionka, której grubość zawiera się w przedziale od 20 do 25 nm. W środku krzemionkowych struktur widoczne są cząsteczki palladu, które ułożone są równolegle tworząc tym samym strukturę strączkową.

P r z y k ł a d I

Materiał nanorurkowy został zdyspergowany w 0.05 M roztworze SDS i został poddany 20 minutowej sonikacji przy użyciu sondy ultradźwiękowej. Następnie do zdyspergowanej mieszaniny dodano 60 mg octanu palladu i całość umieszczono w kolbie okrągłodennej. Całość zamontowano pod chłodnicą zwrotną i rozpoczęto proces gotowania czyli reflaks mieszaniny. Proces trwał 6 godzin. Po upływie czasu mieszaninę ochłodzono i poddano filtracji na membranie poliwęglanowej o wielkości porów 0,2 μm. Całość przemyto kilkakrotnie wodą do momentu usunięcia su rfaktantu i wysuszono w próżni w temperaturze 80°C.

W kolejnym etapie przygotowaną wcześniej mieszaninę umieszczono w zlewce, która zawierała 300 mg CTAB rozpuszczonych w 9 ml wody i poddano godzinnej sonikacji. Po upływie czasu do dyspersji dodano 24 ml bezwodnego etanolu i poddano dalszej 30 minutowej sonikacji. Następnie dodano 0.6 ml amoniaku oraz roztwór TEOS (0.3 ml TEOS w 12 ml etanolu). MieszaniPL 227 067 B1 nę reakcyjną poddano mieszaniu na mieszadle mechanicznym przez 12 godzin. Mieszaninę odwirowano a gotowy produkt przemyto etanolem. W celu pozbycia się pozostałości surfaktantu gotowy produkt ogrzewano w temperaturze 400°C przez dwie godziny. W celu otrzymania gotowego produktu całość wygrzewano w atmosferze argonu w temperaturze 800°C przez 16 godzin.

P r z y k ł a d II

Materiał nanorurkowy został zdyspergowany w 0.5 M roztworze SDS i został poddany 30 minutowej sonikacji przy użyciu sondy ultradźwiękowej. Następnie do zdyspergowanej mieszaniny dodano 70 mg octanu palladu i całość umieszczono w kolbie okrągłodennej. Całość zamontowano pod chłodnicą zwrotną i rozpoczęto proces gotowania czyli reflaks mieszaniny. Proces trwał 7 godzin. Po upływie czasu mieszaninę ochłodzono i poddano filtracji na membranie poliwęglanowej o wielkości porów 0,2 pm. Całość przemyto kilkakrotnie wodą do momentu us unięcia surfaktantu i wysuszono w próżni w temperaturze 90°C.

W kolejnym etapie przygotowaną wcześniej mieszaninę umieszczono w zlewce, która zawierała 320 mg CTAB rozpuszczonych w 10 ml wody i poddano godzinnej sonikacji. Po upływie czasu do dyspersji dodano 26 ml bezwodnego etanolu i poddano dalszej 60 minutowej sonikacji. Następnie dodano 0.7 ml amoniaku oraz roztwór TEOS (0.35 ml TEOS w 14 ml etanolu). Mieszaninę reakcyjną poddano mieszaniu na mieszadle mechanicznym przez 16 godzin. Mieszaninę odwirowano a gotowy produkt przemyto etanolem. W celu pozbycia się pozostałości surfaktantu gotowy produkt ogrzewano w temperaturze 500°C przez jedną godzinę. W celu otrzymania gotowego produktu całość wygrzewano w atmosferze argonu w temperaturze 600°C przez 17 godzin.

P r z y k ł a d III

Materiał nanorurkowy został zdyspergowany w 0.025 M roztworze SDS i został poddany 90 minutowej sonikacji przy użyciu sondy ultradźwiękowej. Następnie do zdyspergowanej mieszaniny dodano 50 mg octanu palladu i całość umieszczono w kolbie okrągłodennej. Całość zamontowano pod chłodnicą zwrotną i rozpoczęto proces gotowania czyli reflaks mieszaniny. Proces trwał 5 godzin. Po upływie czasu mieszaninę ochłodzono i poddano filtracji na membranie poliwęglanowej o wielkości porów 0,2 pm. Całość przemyto kilkakrotnie wodą do momentu usunięcia surfaktantu i wysuszono w próżni w temperaturze 75°C.

W kolejnym etapie przygotowaną wcześniej mieszaninę umieszczono w zlewce, która zawierała 300 mg CTAB rozpuszczonych w 8 ml wody i poddano dwu godzinnej sonikacji. Po upływie czasu do dyspersji dodano 20 ml bezwodnego etanolu i poddano dalszej 90 minutowej sonikacji. Następnie dodano 0.5 ml amoniaku oraz roztwór TEOS (0.29 ml TEOS w 12 ml etanolu). Mieszaninę reakcyjną poddano mieszaniu na mieszadle mechanicznym przez 18 godzin. Mieszaninę odwirowano a gotowy produkt przemyto etanolem. W celu pozbycia się pozostałości surfaktantu gotowy produkt ogrzewano w temperaturze 400°C przez dwie godziny. W celu otrzymania gotowego produktu całość wygrzewano w atmosferze argony w temperaturze 400 °C przez 18 godzin.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Sposób otrzymywania mezoporowatych krzemionkowych nanomateriałów, wykorzystujący metodę szablonową, znamienny tym, że jako szablon stosuje się sfunkcjonalizowane nanorurki węglowe, na których osadza się pallad poprzez dodanie do zdyspergowanej mieszaniny octanu palladu w stosunku do nanorurek 1:2 i gotowaniu mieszaniny przez minimum 6 godzin, następnie półprodukt przemywa sie kilkakrotnie wodą do momentu usunięcia surfaktantu i suszy się w temperaturze 75-90°C w próżni, po czym pokrywa się mezoporowatą krzemionką, poddaje się sonikacji i mieszaniu przez minimum 8 godzin, a następnie produkt wygrzewa się w temperaturze 400-500°C przez czas 1-2 godzin, następnie poddaje wyżarzaniu w atmosferze argonu przez minimum 16 godzin, w temperaturze od 400 do 800°C otrzymując mezoporowatą nanorurkę krzemionkową z cząstkami palladu w środku o strukturze peapod.
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że funkcjonalizuje się nanorurki węglowe dyspergując je w roztworze dodecylosiarczanu sodu o stężeniu 0.025-0.5 M, przy użyciu sondy ultradźwiękowej w czasie od 20-90 min.

PL 227 067 B1
3. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że półprodukt pokrywa się mezoporowatą krzemionką umieszczając półprodukt w naczyniu zawierającym mieszaninę heksadecylo trimetylo bromku amonu w wodzie o udziałach odpowiednio 300-320 mg i 8-10 ml, następnie do mieszaniny dodaje się bezwodny etanol w ilości 20-24 i amoniak w ilości 0.7-0.7 ml oraz roztwór tetraetylo ortokrzemianu rozcieńczonego w etanolu w ilości odpowiednio 0.29-0.3 ml i 12-14 ml.