니트로아렌의 선택적인 환원을 위한 철-티타늄 나노 복합체 합성 연구

니트로아렌의 선택적인 환원을 위한 철-티타늄 나노 복합체 합성 연구

내구성이 높고 저렴한 나노 구조 재료의 제조는 화학, 생물학적 및 의약 응용 분야에서 여전히 중요합니다. 특히 철을 기반으로 한 나노 물질은 고농도, 저비용, 무독성 등 철의 '고귀한' 특성으로 인해 매우 중요합니다. 여기에서 우리는 새로운 철-티타늄 나노 복합체 기반 재료 (Fe9TiO15 @ TiO2)의 합성을위한 간단한 졸-겔 방법을 보고합니다. 이 재료를 준비하기 위해 페로센, 티타늄 이소 프로 폭 사이드 및 THF 전구체를 사용하여 고분자 겔을 만들었습니다. 500 °C에서 공기 중에서 이 겔을 하소하면 Fe-Ti 바이메탈 나노 입자 기반 복합재와 나노 TiO2가 지지체로 생성되었습니다. 주목할만한 것은, 우리의 방법론은 생성된 나노 입자의 구성, 크기 및 모양에 대한 탁월한 제어를 제공합니다. 생성된 Fe 기반 물질은 구조적으로 다양하고 기능화 된 니트로 아렌의 감소를 통해 여러 화학 물질, 염료 및 물질의 합성을 위한 핵심 중간체 인 아닐린의 선택적 합성을위한 지속 가능한 촉매를 제공합니다. 나노 물질 중에서 비 귀금속 기반 나노 구조의 합성은 이질적 촉매 작용, 생물학적 응용 등과 같은 가치 있는 응용과 관련된 비용을 완화하는 데 중요합니다. 안정적인 철 기반 나노 복합체 재료의 준비는 학계의 화학 공정 발전, 산업 공정 연구 및 신약 개발에 있어 가장 중요한 과제로 남아 있습니다. 놀랍게도 더 풍부하고 저렴한 가격, 환경 친화적 인 특성 및 철의 독성이 적기 때문에 많은 귀중한 응용 분야에 이상적인 요소입니다. 높은 표면 대 부피 비율, 낮은 차원, 합성 공정 중 제어 가능한 입자 크기 및 형태는 이질적 촉매 작용에 사용할 수 있는 잠재적인 후보가 됩니다. 촉매로서 철 나노 입자의 또 다른 주요 특징은 외부 자석에 의해 쉽게 분리될 수 있는 이러한 물질의 자성이다. 자석으로 촉매를 분리하면 지루하고 압도적 인 여과 과정을 절약할 수 있으며 이후 촉매를 여러 사이클 동안 재사용 할 수 있습니다. 산화철 나노 입자는 사용되는 합성 방법과 전구체 염에 따라 다른 형태로 나타납니다. 열수에 안정한 산화철 나노 물질은 수 성상 촉매 공정에 사용되는 것이 바람직한 내수성을 계승합니다. 철 나노 입자의 다양한 특성을 고려할 때 나노 촉매에서 생물 의학에 이르기까지 다양한 응용 분야에 사용되고 있습니다. 산화철 나노 입자의 응집과 부피 변화를 방지하기 위해 활성탄, 실리카, 알루미나 및 산화 마그네슘과 같은 지지체 물질이 다양한 유기 변형을 위해 통합되었습니다. 철 기반 나노 촉매는 Fischer-Tropsch 공정에서 사용되는 CO의 수소화 반응뿐만 아니라 경질 올레핀을 제조하기위한 CO2의 수소화 반응을 통해 탄화수소 합성의 목적으로 널리 알려져 있습니다. 페라이트 나노 촉매는 산화 공정에 의한 폐수 처리에 사용되는 것으로 보고되어 흡착 된 지지 표면의 재생과 함께 물을 정화 할 수 있습니다. 불균일 촉매로서 지원되는 산화철 나노 입자는 산-촉매 반응, C–C 및 C–O 교차 결합 반응, 산화 및 수소화 반응과 같은 많은 공정에서 광범위하게 조사되었습니다. 또한 철 나노 구조물은 효율적이고 친환경적인 리튬 이온 배터리 11의 음극 소재로 보고 되었습니다. Jagadeesh는 질소가 도핑 된 그래핀에 대한 Fe2O3 지지체는 반응물로 NH3와 O2를 사용하여 방향족 및 지방족 니트릴의 합성을위한 촉매로 연구되고 있으며, 니트로 아렌의 촉매 수소화가 뒤 따릅니다. 세륨이 도핑 된 티타 나이트 철 (FeCe0.3Ti 산화물)은 NH3를 사용한 NOx 감소를 위해 사용되었습니다. 철이 도핑 된 티타니아는 N2를 NH3로 매우 어렵게 환원시키는 데에도 사용되었습니다. 아주 최근에 산화철 나노 물질은 과산화 효소와 같은 활동으로 인한 바이오 센서의 제작, 자기 공명 및 자기 입자 영상 조영제, 나노 치료를 위한 생물 촉매로 약물 전달과 같은 다양한 생물학적 응용 분야에서 등장했습니다. 여기에서 우리는 새로운 이종 금속 철 및 티타늄 (Fe9TiO15 @ TiO2) 나노 복합체 재료의 제조를 위한 편리한 졸-겔 공정을 보고합니다. 흥미롭게도 이 방법론은 안정적인 지지체로서 Fe-Ti 활성 나노 입자와 나노-TiO2의 형성을 유도합니다. 이 새로운 물질은 히드라진 수화물을 수소 공급원으로 사용하여 기능화 되고 구조적으로 다양한 니트로 아렌을 해당 아닐린으로 선택적으로 환원하는 테스트를 거쳤습니다. 주목할 만하게도, 생성된 아닐린은 특수 및 벌크 화학 물질, 생명 과학, 염료 산업 및 여러 석유 화학에서 중요한 분자의 생산을 위한 핵심 중간 전구체입니다. 나노 입자의 크기와 분포, Fe9TiO15 @ TiO2의 구조를 밝히기 위해 SEM 및 TEM 분석을 수행했습니다. 그림 S1의 SEM 현미경 사진은 매우 다공성의 나노 구조를 보여줍니다. EDX 원소 매핑은 Fe와 Ti 금속이 균일하게 분산되어 서로의 주변에 존재한다는 것을 보여주었습니다 (그림 2). 100nm 해상도의 TEM 이미지는 10 ~ 36nm 크기의 입자를 보여주었으며, 이는 나노 입자가 1 ~ 2 개의 결정으로 구성되었음을 시사합니다 (그림 S2). 다음으로 HRTEM 이미지 (그림 3)는 나노 입자가 본질적으로 매우 결정적이며 TiO2는 그림 3과 같이 프린지로부터 평면 간 거리를 측정하여 Fe9TiO15 나노 입자와 구별될 수 있음을 보여줍니다. Fe9TiO15 입자는 0.241nm의 평면 간 거리를 가졌습니다. 잘 정의된 프린지, TiO2 나노 입자는 0.341nm 프린지 내 거리를 보여주었다. 새로운 Fe-Ti 기반 나노 복합 재료 (Fe9TiO15 @ TiO2)는 간단한 졸-겔 및 하소 방법을 사용하여 합성되었습니다. 중산에 의해 유도 된 페로센, 티타늄 이소 프로 폭 사이드 및 THF를 사용한 Fe-Ti 중합체 겔의 생성 및이 겔의 후속 하소는 나노-TiO2에지지 된 Fe9TiO15 바이메탈 나노 입자를 생성했다. 이 새로운 나노 복합체 물질은 상응하는 니트로 아렌으로부터 기능화 되고 구조적으로 다양한 아닐린의 생산을 위한 웅장한 촉매 활성과 선택성을 나타냈다. 이 Fe 기반 나노 물질의 적용 가능성, 화학 선택성 및 재활용이 잘 입증되었습니다.