금 나노 입자에 배위된 폴리 비닐 알코올 리간드의 반응 속도

금 나노 입자에 배위된 폴리 비닐 알코올 리간드의 반응 속도

폴리 비닐 알코올 (PVA) 안정제와 활성탄(Au NPs/AC)에 지지된 금 나노 입자의 효과를 이 기사에서 조사했습니다. 졸-겔 정화법으로 얻은 Au 나노 촉매의 안정화제처럼 분자량과 가수 분해도가 다른 고분자를 합성하여 사용하고 있다. NaBH4를 사용한 4-nitrophenol의 환원은 합성된 Au/AC 촉매의 촉매 활성을 조사하기위한 모델 반응으로 사용되었습니다. 또한 자외선 가시 분광법 (UV-Vis), 동적 광 산란 (DLS), X 선 회절 (XRD), 투과 전자 현미경 (TEM) 및 X 선 광전자 분광법 (XPS)과 같은 여러 특성화 기술을 보고합니다. 고분자의 특성을 금속 나노 입자 크기 및 촉매 활성과 연관시키기 위해 촉매 성능과 가수 분해 정도를 연결하는 화산 플롯이 관찰되었으며 곡선의 최대 값은 60 % 값에서 확인되었습니다. Au:PVA-60 중량비는 폴리머의 양이 촉매 특성에 미치는 영향을 설명하기 위해 변경되었습니다. 촉매 메커니즘에 대한 니트로 방향족 고리 치환체의 효과는 Hammett 이론에 의해 조사되었습니다. 더욱이, 촉매의 재사용 가능성을 조사했으며, 5 번의 촉매주기 동안 관찰된 활성의 감소가 거의 또는 전혀 없었습니다. 이 논문에 보고 된 형태학적 및 운동 학적 연구는 지지된 금 나노 입자의 크기와 촉매 활성에 대한 PVA 폴리머 안정제 특성의 효과를 보여줍니다. 크기, 모양, 조성이 다른 금속 나노 입자는 촉매 작용, 나노 의학, 오염 개선과 같은 분야에서 높은 관심을 받고 있습니다. 나노 입자 크기의 감소는 결과적으로 더 높은 표면적과 전자 상태의 양자 구속으로 인해 특성의 변화를 나타냅니다. 높은 표면 에너지는 해당 거시적 물질에 비해 나노 입자를 불안정하게 만듭니다. 따라서 나노 입자 응집 현상을 피하기 위해 Van der Waals의 인력을 상쇄하는 것을 목표로 하는 다양한 안정화 전략이 사용되었습니다. 차원 및 양자 효과의 조합으로 인한 특성으로 인해 촉매 작용에서 금 나노 입자 (AuNP)를 사용할 수 있었는데, 이는 불활성 금속이라는 오랜 명성을 가진 벌크 금과는 대조적입니다. 1980 년에 Haruta 는 저온에서 일산화탄소의 산화에 이 시스템을 사용하여 이러한 시스템의 반응성을 처음으로 인식했습니다. Haruta와 Hutchings의 연구를 통해 알코올과 폴리올의 산화, 아세틸렌 또는 불포화 알데히드와 산의 수소화와 같은 촉매 분야에서 다양한 촉매 응용 분야가 연구되었습니다. 금 나노 입자는 독성 할로겐화 유기 화합물, 살충제 (endosulfan, malathion 및 chlorpyrifos), DNAPL 및 LNAPL (각각 고밀도 및 가벼운 비 수성 액체)과 같은 유기 오염 물질을 제거하는 데 유용할 수 있습니다. 니트로 방향족 화합물의 기능화 된 아닐린으로의 환원은 유기 합성의 중간체로의 응용 및 오염 물질 특성으로 인해 산업 관련성이 높습니다. 흥미로운 예는 4-니트로 페놀 (4-NP)을 4- 아미노 페놀 (4-AP)로 촉매 환원하는 것입니다. 환경 보호국 (EPA)은 이 화합물을 인체 건강에 유해한 물질로 정의했습니다. 독성에도 불구하고 농약, 염료 및 합성 의약품의 실현을 위해 산업 수준에서 널리 사용됩니다. 4-니트로 페놀을 전환하는 현재의 산업 기술은 Bechamp 환원 반응 또는 촉매 수소화를 포함합니다. 이 제품을 제거하기 위해 이러한 방법을 사용하면 많은 양의 슬러지가 폐기물로 생성됩니다. 금 나노 입자에 의한 니트로 그룹의 촉매 환원을 통해 4-니트로 페놀을 고 부가가치 화학 물질로 전환할 수 있는 혁신적인 전략이 개발되었습니다. 또한, NaBH4에 의한 4-nitrophenol의 4-aminophenol (4-AP) 환원은 촉매 활성 평가를 위한 모델 반응으로 간주될 수 있습니다. 반응은 부산물이 형성되지 않고 실온 및 주변 압력에서 발생하며 변환은 UV 가시 분광법으로 쉽게 모니터링 할 수 있습니다. 이 반응은 4-니트로 페놀레이트 음이온과 환원제로 사용되는 수소화물 사이의 반발력으로 인해 높은 활성화 장벽을 제공합니다. 촉매가 없을 경우 동역학은 매우 느리므로 지지 된 금속 나노 입자의 실제 촉매 효율을 평가할 수 있습니다. 여러 연구 그룹이 AuNP에 의해 4-니트로 페놀 환원 반응의 가능한 메커니즘을 조사했습니다. Fountoulaki는 nitroarene 고리의 다른 para-substituents 연구를 통해 4-NP의 감소를 설명하는 촉매 메커니즘을 제안했다. 금속 촉매 표면의 NaBH4 분해와 Langmuir–Hinshelwood 메커니즘에 의한 4-니트로 페놀 분자의 동시 흡착으로 인한 수소의 상호 작용을 설명했습니다. 또한 금 나노 클러스터의 촉매 활성면을 예측하기 위해 계산 시뮬레이션을 사용하여 얼굴 (111)이 다른 것보다 더 활동적입니다. 폴리 비닐 알코올 (PVA)은 수용성이고 생체 적합성이 있으며 독성이 낮고 천천히 생분해 되는 상용 폴리머입니다. 더욱이, 그것은 물 매체에서 준비된 콜로이드 용액에 대한 안정화 효과를 보여주었다. 이러한 이유로 다양한 연구에서 단일 금속 및 이중 금속 나노 입자의 합성을 위한 입체 안정제로서 PVA의 역할을 조사했습니다. 나노 촉매 제조 방법에 널리 사용되지만 상용 PVA 대신 맞춤형 합성 폴리 비닐 알코올을 사용하는 연구는 거의 없습니다. 이 연구에서는 분자량과 가수 분해도 측면에서 서로 다른 특성을 가진 PVA를 얻기 위한 합성 전략의 개발을 연구했습니다. 또한 산화 환원 반응에 대한 금 콜로이드 나노 입자의 메커니즘과 촉매 활성을 이해하기 위해 활성탄 (AuNPs/AC)에 지지 된 금 나노 입자의 형태 및 촉매 활성과 서로 다른 PVA 리간드의 분자 구조와의 상관 관계를 조사했습니다. 폴리머 리간드의 분자량 및 가수 분해 정도와 같은 여러 실험 매개 변수가 최종 촉매의 형태, 안정성 및 나노 입자의 활성 부위 가용성 측면에서 촉매 활성에 미치는 영향도 평가되었습니다. AuNPs/AC 시스템의 촉매 활성은 선택한 반응으로 4-NP의 촉매 환원에 대해 연구되었습니다. AuNP의 촉매 활성에 대한 PVA의 효과는 촉매 메커니즘에서 PVA 안정제의 활성 역할을 입증하기 위해 형태 학적 특징을 이러한 시스템의 촉매 활성에 연결하는 특성화 기술의 조합을 사용하여 설명되었습니다.