Jun 18, 2023
~ 안에
Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10123(2023) 이 기사 인용 402 Accesses 1 Altmetric Metrics 세부 정보 UiO-66의 누락된 링커 결함은 Cu를 공유적으로 고정하기 위해 이용되었습니다.
Scientific Reports 13권, 기사 번호: 10123(2023) 이 기사 인용
402 액세스
1 알트메트릭
측정항목 세부정보
UiO-66의 누락된 링커 결함은 Cu 나노클러스터(Cu/UiO-66)를 공유 결합으로 고정하는 데 활용되었습니다. Cu/UiO-66의 구리-지르코니아 인터페이스로서 금속과 산화물 사이의 분자 상호작용은 이종 촉매작용에 필수적이며 활성과 선택성에 현저한 시너지 효과를 가져옵니다. 균일하게 분포된 탄소질 혼합 금속 산화물(CuO/ZrO2@C) 나노복합체는 공기 중에서 600°C에서 3시간 동안 Cu/UiO-66의 탄화를 통해 제조되었습니다. CuO/ZrO2@C 나노복합체의 산성 특성을 향상시키기 위해 소량의 황산을 첨가하고 N2 분위기(CuO/ZrO2-SO3H@C) 하에서 150 °C에서 가열했습니다. 합성된 Cu/UiO-66 및 CuO/ZrO2-SO3H@C 촉매는 4-니트로페놀(4-NP)을 4-아미노페놀(4-AP)로 환원시키는 데 새로운 촉매로 사용되었습니다. Cu/UiO-66 및 CuO/ZrO2-SO3H@C 촉매는 각각 실온에서 교반하는 동안(4분 및 2분) 4-NP 용액의 완전한 전환을 나타냈습니다. 이 두 촉매는 각각 8.61 × 10-3 s-1 및 18.3 × 10-3 s-1의 높은 환원율을 나타냈습니다. X선 광전자 분광기(XPS) 분석 결과 Cu/UiO-66 촉매의 구리 원자 전하는 Cu0/CuII였으며 CuO/ZrO2-SO3H@C 촉매의 구리 원자 전하는 거의 동일한 비율(65)로 나타났습니다. /35). CuO/ZrO2-SO3H@C 촉매의 입자 크기와 원소 조성은 고해상도 투과전자현미경(HR-TEM)과 에너지 분산형 X선 분광법(EDS)을 이용하여 분석하였고, 원소 매핑은 각각 분석하였다. CuO/ZrO2-SO3H@C 촉매의 높은 촉매 활성과 선택성을 넘어서는 핵심 포인트는 탄소 시트 위에 CuO와 ZrO2가 잘 분산되도록 하는 탄소-금속 산화물 이종접합 구조와 높은 산도 특성입니다. 황산의 Brønsted 산 부위와 UiO-66의 Lewis 산 부위의 조합에서 비롯됩니다. 촉매는 활성도의 큰 손실 없이 우수한 재활용 효율성을 나타냈으며 이는 산업 응용 분야에 대한 좋은 잠재력을 나타냅니다.
금속-금속 산화물 경계면에서 상 경계는 뚜렷한 전자 구조뿐만 아니라 기질 결합, 반응성 및 이종 촉매 활성을 생성합니다1. ZrO2에 지지된 Cu 나노입자는 CO2를 메탄올2로 전환하고 수소 해리2에 대한 높은 활성과 선택성으로 인해 주목을 받았습니다. 최근에는 금속-유기 골격(UiO-66)의 원자적으로 정밀한 산화물 노드가 분자 수준 근접성을 보장하기 위해 Cu 클러스터에 대한 지원으로 사용되었습니다. 6개의 Zr 양이온을 포함하는 부분적으로 과소배위된 산화물 노드가 있는 UiO-66은 다양한 핵도3의 Cu 클러스터에 대한 지원으로 사용됩니다. 반대로, ZrO2 지지체에 대한 Cu 나노입자의 기존 도핑은 산화물 표면의 고유한 다양성과 불규칙한 다공성1으로 인해 경계면과 금속 핵성의 제어된 변화를 허용하지 않습니다. 넓은 표면적, 조정 가능한 다공성 및 다양한 구조와 같은 MOF의 고유한 특성뿐만 아니라 높은 산도 및 염기도와 같은 우수한 표면 특성으로 인해. 이는 다른 나노 구조 재료 중에서 탄소 나노 물질, 금속 산화물, 금속 인화물, 금속 칼코게나이드 및 금속 탄화물을 만드는 데 사용될 수 있습니다4,5.
니트로페놀 유도체와 같은 니트로방향족 화합물은 다양한 산업, 의약품, 제지 제조, 살균제, 석유화학 제품, 살충제, 폭발물, 방부제, 살충제, 염료, 가죽 및 목재에서 중요한 중간체입니다6,7. 그러나 미국 환경보호청(EPA)에 따르면 4-니트로페놀(4-NP)과 같은 니트로페놀 유도체는 일종의 유기 오염물질이자 비생분해성 오염물질8로 지정되었으며8 더욱이 니트로페놀 유도체는 신경계에 독성 영향을 미친다. 인간과 동물의 장기, 내장, 혈액9. 니트로페놀을 분해하기 위해 전기펜톤 방법10, 광촉매 분해11, 전기화학적 방법12을 포함한 여러 가지 방법이 개발되었습니다. 4-니트로페놀(4-NP)을 4-아미노페놀(4-AP)로 환원하는 것은 중요한 반응입니다13,14. 4-아미노페놀은 약물, 고무 화학물질 및 염료와 같은 여러 중요한 화합물을 합성하는 데 사용되기 때문입니다.
100 mV (very strong sites); 0 < Ei < 100 mV (strong sites); − 100 < Ei < 0 mV (weak sites); and Ei < − 100 mV (very weak sites)59. The potentiometric titration curves are presented in Fig. 6-I, which illustrates the electrode potential variation versus volume added from n-butyl amine. The initial potential (Ei) of the neat UiO-66 and Cu-BDC equals 135.6 and 100 mV, respectively, which indicates they have moderate acidity44,60. The binding energy of NH3 in the undefective and defective regions of the UiO-66 is 75.8 and 110.1 kJ mol−1 per NH3 molecule, respectively, clearly demonstrating enhanced binding at the defect center61. The copper clusters were bonded in the defective region to form the Cu/UiO-66, where the Cu atoms formed the Cu–O–Zr bonds that have a significant formal positive charge, therefore enhancing the Lewis acidic properties of the UiO-661. Incorporation of the copper clusters inside the UiO-66 frameworks increased the acid strength of the Cu/UiO-66 (Ei = 215 mV) and created strong acid sites on the surface, where the total number of acid sites is equal to 2.3 × 1020 mequiv g−1. Table 2 displays an increase in the total number of acid sites on the sulfonated carbonaceous metal oxides surface in this order CuO/ZrO2-SO3H@C > CuO-SO3H@C > ZrO2-SO3H@C. So, the treatment of the carbonaceous metal oxides with H2SO4 enhances their acidity properties. Moreover, the high acidity value of CuO/ZrO2-SO3H@C may be due to the synergetic effect between copper and zirconium metals. The total number of acid sites/g of the prepared catalysts was calculated from Eq. (1)./p> Al2O3 > SiO2 > CaO > MgO > ZnO65. In this work, we prepared a carbonised CuO/ZrO2@C nanocomposite via calcination of Cu/UiO-66 at 600 °C in air. CuO/ZrO2@C shows high catalytic activity in the complete conversion of 4-NP into 4-AP within only 10 min of stirring in comparison to CuO@C and ZrO2@C (Fig. S1). The carbon sheets of CuO/ZrO2@C nanocomposite provide efficient adsorption of 4-NP due to the functional groups of carbon, such as non-covalent interactions including π-π stacking, hydrogen bonds, and so on62./p> 100 mV)59, where its initial potential (Ei) is equal to 366 mV and the total number of acidic sites is equal to 3.05 × 1020 mequiv g−1 (Table 2). The reason for the effect of the acid sites is still under investigation. However, we expect that the acid sites permit better adsorption of nitrophenol on the catalyst surface and promote the breakage of the N–O bond in the intermediate phenylhydroxylamine, thus facilitating the reactions. Furthermore, the generated protons from the hydrolysis of NaBH4 do not strongly adsorb on the acidic surface, they are readily available to participate in the conversion of 4-NP66,70./p>
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