Synteza i właściwości mezoporowatych węgli z cząstkami złota

Choma, J.; Jedynak, K.; Górka, J.; Marszewski, M.; Jaroniec, M.

Artykuł - szczegóły

Tytuł artykułu

Synteza i właściwości mezoporowatych węgli z cząstkami złota

Autorzy

Choma J. , Jedynak K. , Górka J. , Marszewski M. , Jaroniec M.

Treść / Zawartość

Pełne teksty:

Pobierz

Identyfikatory

Warianty tytułu

Synthesis and Properties of mesoporous carbons with gold particles

Języki publikacji

Abstrakty

Przebadano mezoporowate kompozyty polimerowe i węglowe z cząstkami złota, otrzymane metodą miękkiego odwzorowania w środowisku kwasowym stosując rezorcynol i formaldehyd, jako prekursory węglowe, trójblokowy kopolimer Lutrol F127, jako miękką matrycę oraz kwas tetrachlorozłotowy, jako źródło cząstek metalicznego złota. Wprowadzono stosunkowo duże (10% wag. i 20% wag.) ilości cząstek metalicznego złota do matrycy węglowej. Pomimo to, że obecność nieporowatych cząstek złota o dużej masie pogarsza właściwości adsorpcyjne mezoporowatych kompozytów polimerowo-złotych i węglowo-złotych, wykazano, że pogorszenie to nie było tak duże, jak to ilustrują zmiany powierzchni właściwej od 300 m2/g do ponad 800 m2/g, objętości porów od ok. 0,4 cm3/g do ponad 0,7 cm3/g i średniego wymiaru mezoporów ok. 7 9 nm. Wyniki badań szerokokątowego rozpraszania promieniowania rentgenowskiego (XRD) dowiodły obecności cząstek metalicznego złota w matrycy polimerowej i węglowej, natomiast zdjęcia ze skaningowej mikroskopii elektronowej (SEM) wykazały znaczne zróżnicowanie kształtów i wymiarów cząstek złota. Stwierdzono, że dobrze rozwinięta struktura porowata kompozytów polimerowo-złotych i węglowo-złotych stwarza możliwość wykorzystania tych materiałów w specyficznych procesach adsorpcyjnych i katalitycznych w inżynierii środowiska.

The materials under study were mesoporous polymer and carbon composites with gold particles, obtained by soft templating under acidic conditions, with resorcinol and formaldehyde as carbon precursors, Lutrol F127 as a soft template, and tetrachloroauric acid as a gold source. Two different, relatively large (10 and 20 wt.%) portions of gold were embedded into the carbon matrix. Although the presence of nonporous gold particles of a large mass deteriorates the adsorption properties of mesoporous polymer-gold and carbon-gold composites, it has been found that the deterioration was not drastic, as can be inferred from the range of changes in surface area (from 300 to 800 m2/g), pore volume (from approx. 0.4 to more than 0.7 cm3/g) and average pore width (from approx. 7 to 9 nm). Wide-angle powder X-ray dif-fraction (XRD) patterns have confirmed the presence of gold particles in polymer and carbon composites. Scanning electron microscopy (SEM) images have revealed noticeable differences in the size and shape of the gold particles. The well-developed porous structure of the polymer-gold and carbon-gold composites studied offers opportunities for the application of those ma-terials to specific adsorption and catalytic processes used in environmental engineering.

Słowa kluczowe

mezoporowate materiały kompozytowe synteza miękkie odwzorowanie kopolimer blokowy cząstki złota adsorpcja XRD SEM

SEM XRD mesoporous composite materials synthesis soft-template block copolymer gold particles adsorption

Wydawca

Polskie Zrzeszenie Inżynierów i Techników Sanitarnych, Oddział Dolnośląski

Czasopismo

Ochrona Środowiska

Rocznik

2011

Tom

Vol. 33, nr 3

Strony

3--8

Opis fizyczny

Bibliogr. 34 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Choma J.

autor

Jedynak K.

autor

Górka J.

autor

Marszewski M.

autor

Jaroniec M.

Uniwersytet Humanistyczno-Przyrodniczy Jana Kochanowskiego w Kielcach, Wydział Matematyczno-Przyrodniczy, Zakład Chemii Fizycznej, ul. Świętokrzyska 15G, 25-406 Kielce, jchoma@wat.edu.pl

Bibliografia

1. R. RYOO, S.H. JOO, S. JUN: Synthesis of highly ordered carbon molecular sieves via template-mediated structural transformation. The Journal of Physical Chemistry B 1999, Vol. 103, pp. 7743–7747.
2. R. RYOO, S.H. JOO, M. KRUK, M. JARONIEC: Ordered mesoporous carbon. Advanced Materials 2001, Vol. 13, pp. 677–681.
3. S. JUN, S.H. JOO, R. RYOO, M. KRUK, M. JARONIEC, Z. LIU, T. OHSUNA, O. TERASAKI: Synthesis of new, nanoporous carbon with hexagonally ordered mesostructure. Journal of the American Chemical Society 2000, Vol. 122, pp. 10712–10713.
4. X. WANG, R. RIU, M.M. WAJE, Z. CHEN, Y. YAN, K.N. BOZHILOV, P. FENG: Sulfonated ordered mesoporous carbon as a stable and highly active protonic acid catalyst. Chemistry of Materials 2007, Vol. 19, pp. 2395–2397.
5. E.P. AMBROSIO, M.A. DUMITRESCU, C. FRANCIA, C. GERBALDI, P. SPINELI: Ordered mesoporous carbons as catalyst support for PEM fuel cells. Fuel Cells 2009, Vol. 9, pp. 197–200.
6. M. ZHOU, J. DING, L.P. GUO, Q.K. SHANG: Electrochemical behavior of L-cysteine and its detection at ordered mesoporous carbon-modified glassy carbon electrode. Analytical Chemistry 2007, Vol. 79, pp. 5328–5335.
7. J.J. FENG, J.J. XU, H.Y. CHEN: Direct electron transfer and electrocatalysis of hemoglobin adsorbed on mesoporous carbon through layer-by-layer assembly. Biosensors & Bioelectronics 2007, Vol. 22, pp. 1618–1624.
8. J.C. NDAMANISHA, Y. HOU, J. BAI, L.P. GUO: Effects of ferrocene derivative on the physico-chemical and electrocatalytic properties of ordered mesoporous carbon. Electrochimica Acta 2009, Vol. 54, pp. 3935–3942.
9. B. KOŁWZAN: Zastosowanie czujników biologicznych (biosensorów) do oceny jakości wody. Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 4, ss. 3–14.
10. K.S. XIA, Q.M. GAO, C.D. WU, S.Q. SONG, M.L. RUAN: Activation, characterization and hydrogen storage properties of the mesoporous carbon CMK-3. Carbon 2007, Vol. 45, pp. 1989–1996.
11. E.P. AMBROSIO, C. FRANCIA, M. MANZOLI, N. PENAZZI, P. SPINELLI: Platinum catalyst supported on mesoporous carbon or PEM FC. International Journal of Hydrogen Energy 2008, Vol. 33, pp. 3142–3145.
12. M.L. LIN, M.Y. LO, C.Y. MOU: Pt Ru nanoparticles supported on ozone-treated mesoporous carbon thin film as highly active anode materials for direct methanol fuel cells. The Journal of Physical Chemistry C 2009, Vol. 113, pp. 16158–16168.
13. S.H. JOO, K. KWON, D.J. YOU, C. PAK, H. CHANG, J.M. KIM: Preparation of high loading Pt nanoparticles on ordered mesoporous carbon with a controlled Pt size and its effects on oxygen reduction and methanol oxidation reactions. Electrochimica Acta 2009, Vol. 54, pp. 5746–5753.
14. M. HARTMANN: Ordered mesoporous materials for bioadsorption and biocatalysis. Chemistry of Materials 2005, Vol. 17, pp. 4577–4593.
15. J. CHOMA, M. JARONIEC, A. ZAWIŚLAK, K. JEDYNAK: Adsorpcyjne właściwości nanoporowatych materiałów węglowych otrzymywanych z wykorzystaniem matryc krzemionkowych i polimerowych. Ochrona Środowiska 2009, vol. 31, nr 3, ss. 17–24.
16. J. CHOMA, M. KLOSKE, A. ZAWIŚLAK, M. JARONIEC: Synteza i właściwości mezoporowatych węgli otrzymanych z żywic fenolowych w obecności polimerów blokowych. Ochrona Środowiska 2007, vol. 29, nr 1, ss. 3–9.
17. J. CHOMA, K. JEDYNAK, J. GÓRKA, M. JARONIEC: Morfologia i właściwości adsorpcyjne mezoporowatych węgli z nanocząstkami TiO2 otrzymanych w obecności blokowych kopolimerów. Ochrona Środowiska 2010, vol. 32, nr 4, ss. 3–9.
18. J. CHOMA, K. JEDYNAK, J. GÓRKA, M. JARONIEC: Morfologia i właściwości adsorpcyjne mezoporowatych węgli z nanocząstkami srebra. Ochrona Środowiska 2011, vol. 33, nr 1, ss. 3–8.
19. A.C. CRUICKSHANK, A.J. DOWNARD: Electrochemical stability of citrate-capped gold nanoparticles electrostatically assembled on amine-modified glassy carbon. Electrochimica Acta 2009, Vo. 25, pp. 773–777.
20. J. LI, T. HAN, N. WEI, J. DU, X. ZHAO: Three-dimensional ordered macroporous (3DOM) gold-nanoparticle-doped titanium dioxide (GTD) photonic crystals modified electrodes for hydrogen peroxide biosensor. Biosensors & Bioelectronics 2009, Vol. 25, pp. 773–777.
21. L. WANG, X. BO, J. BAI, L. ZHU, L. GUO: Gold nanoparticles electrodeposited on ordered mesoporous carbon as an enhanced material for nonenzymatic hydrogen peroxide sensor. Electroanalysis 2010, Vol. 22, pp. 2536–2542.
22. K.K.R. DATTA, B.V. SUBAREDDY, K. ARIGA, A. VINU: Gold nanoparticles embedded in a mesoporous carbon nitride stabilizer for highly efficient three-component coupling reaction. Angewandte Chemie International Edition 2010, Vol. 49, pp. 5961–5965.
23. O.A. SIMAKOVA, A.-R. LEINO, B. CAMPO, P.M. ARVELA, K. KORDAS, J.-P. MIKKOLA, D.Y. MURZIN: Linoleic acid isomerization over mesoporous carbon supported gold catalysts. Catalysis Today 2010, Vol. 150, pp. 32–36.
24. M. KIM, K. SOHN, H.B. NA, T. HYEON: Synthesis of nanorattles composed of gold nanoparticles encapsulated in mesoporous carbon and polymer shells. Nanoletters 2002, Vol. 2, pp. 1383–1387.
25. L. DE ROGATIS, M. CARGNELLO, V. GOMBAC, B. LORENZUT, T. MONTIONI, P. FORNASIERO: Embedded phases: A way to active and stable catalysts. ChemSusChem 2010, Vol. 3, pp. 24–42.
26. C. LIANG, S. DAI: Synthesis of mesoporous carbon materials via enhanced hydrogen-bonding interaction. Journal of the American Chemical Society 2006, Vol. 128, pp. 5316–5317.
27. X. WANG, C. LIANG, S. DAI: Facile synthesis of ordered mesoporous carbons with high thermal stability by self-assembly of resorcinol-formaldehyde and block copolymers under highly acidic conditions. Langmuir 2008, Vol. 24, pp. 7500–7505.
28. S. BRUNAUER, P.H. EMMETT, E. TELLER: Adsorption of gases in multimolecular layers. Journal of the American Chemical Society 1938, Vol. 60, pp. 309–319.
29. S.J. GREGG, K.S.W. SING: Adsorption, Surface Area and Porosity. Academic Press, New York 1982.
30. M. KRUK, M. JARONIEC, A. SAYARI: Application of large pore MCM-41 molecular sieves to improve pore size analysis using nitrogen adsorption measurements. Langmuir 1997, Vol. 13, pp. 6267–6273.
31. E.P. BARRETT, L.G. JOYNER, P.P. HALENDA: The determination of pore volume and area distribution in porous substances. I. Computations from nitrogen isotherms. Journal of the American Chemical Society 1951, Vol. 73, pp. 373–380.
32. J. CHOMA, M. JARONIEC: Porównanie klasycznych metod wyznaczania funkcji rozkładu objętości porów materiałów krzemionkowych MCM-41 i SBA-15. Ochrona Środowiska 2007, vol. 29, nr 2, ss. 3–8.
33. K.S.W. SING, D.H. EVERETT, R.A.W. HAUL, L. MOSCOU, R.A. PIEROTTI, J. ROUQUEROL, T. SIEMIENIEWSKA: Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity. Pure and Applied Chemistry 1985, Vol. 57, pp. 603–619.
34. M. KRUK, M. JARONIEC: Gas adsorption characterization of ordered organic-inorganic nanocomposite materials. Chemistry of Materials 2001, Vol. 13, pp. 3169–3183.

Typ dokumentu

Bibliografia

Identyfikator YADDA

bwmeta1.element.baztech-article-BPOB-0040-0001