RU2808200C1 - METHOD FOR PRODUCING PHOTOCATALYST BASED ON HIGHLY POROUS NANOSTRUCTURED MONOLITHIC ALUMINUM OXIDE LINED WITH NON-AGGLOMERATED QUANTUM DOTS, AND METHOD FOR SYNTHESIZING Zn0.5Cd0.5S QUANTUM DOTS - Google Patents
METHOD FOR PRODUCING PHOTOCATALYST BASED ON HIGHLY POROUS NANOSTRUCTURED MONOLITHIC ALUMINUM OXIDE LINED WITH NON-AGGLOMERATED QUANTUM DOTS, AND METHOD FOR SYNTHESIZING Zn0.5Cd0.5S QUANTUM DOTS Download PDFInfo
- Publication number
- RU2808200C1 RU2808200C1 RU2022132519A RU2022132519A RU2808200C1 RU 2808200 C1 RU2808200 C1 RU 2808200C1 RU 2022132519 A RU2022132519 A RU 2022132519A RU 2022132519 A RU2022132519 A RU 2022132519A RU 2808200 C1 RU2808200 C1 RU 2808200C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- aluminum oxide
- quantum dots
- highly porous
- nickel
- resulting
- Prior art date
Links
- 239000002096 quantum dot Substances 0.000 title claims abstract description 42
- TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N oxo(oxoalumanyloxy)alumane Chemical compound O=[Al]O[Al]=O TWNQGVIAIRXVLR-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 28
- 239000011941 photocatalyst Substances 0.000 title claims abstract description 22
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 12
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 45
- 230000002194 synthesizing effect Effects 0.000 title description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 46
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 32
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 27
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims abstract description 24
- XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N Argon Chemical compound [Ar] XKRFYHLGVUSROY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 22
- XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N Cyclohexane Chemical compound C1CCCCC1 XDTMQSROBMDMFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 20
- 239000002243 precursor Substances 0.000 claims abstract description 20
- WMWXXXSCZVGQAR-UHFFFAOYSA-N dialuminum;oxygen(2-);hydrate Chemical compound O.[O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] WMWXXXSCZVGQAR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 19
- 229910052717 sulfur Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims abstract description 19
- NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N Sulfur Chemical compound [S] NINIDFKCEFEMDL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 18
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 18
- 239000011593 sulfur Substances 0.000 claims abstract description 18
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 15
- MHDVGSVTJDSBDK-UHFFFAOYSA-N dibenzyl ether Chemical compound C=1C=CC=CC=1COCC1=CC=CC=C1 MHDVGSVTJDSBDK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 14
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 claims abstract description 12
- 239000002244 precipitate Substances 0.000 claims abstract description 12
- 229910052786 argon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 11
- 239000012298 atmosphere Substances 0.000 claims abstract description 11
- 229910000497 Amalgam Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 10
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 8
- WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N (E)-8-Octadecenoic acid Natural products CCCCCCCCCC=CCCCCCCC(O)=O WRIDQFICGBMAFQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 20:1omega9c fatty acid Natural products CCCCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O LQJBNNIYVWPHFW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 9-Heptadecensaeure Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O QSBYPNXLFMSGKH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N Oleic acid Natural products CCCCCCCCC=CCCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 239000005642 Oleic acid Substances 0.000 claims abstract description 6
- QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N isooleic acid Natural products CCCCCCCC=CCCCCCCCCC(O)=O QXJSBBXBKPUZAA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N oleic acid Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCC(O)=O ZQPPMHVWECSIRJ-KTKRTIGZSA-N 0.000 claims abstract description 6
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N silicon dioxide Inorganic materials O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 6
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims abstract description 6
- CBBVHSHLSCZIHD-UHFFFAOYSA-N mercury silver Chemical compound [Ag].[Hg] CBBVHSHLSCZIHD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N (z)-octadec-9-en-1-amine Chemical compound CCCCCCCC\C=C/CCCCCCCCN QGLWBTPVKHMVHM-KTKRTIGZSA-N 0.000 claims abstract description 4
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 4
- 150000001242 acetic acid derivatives Chemical class 0.000 claims abstract description 4
- 239000010453 quartz Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000004332 silver Substances 0.000 claims abstract description 4
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 claims description 31
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 30
- 239000002159 nanocrystal Substances 0.000 claims description 23
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 claims description 11
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims description 9
- 229910052753 mercury Inorganic materials 0.000 claims description 9
- QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N mercury Chemical compound [Hg] QSHDDOUJBYECFT-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 238000005470 impregnation Methods 0.000 claims description 6
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 claims description 5
- 230000018044 dehydration Effects 0.000 claims description 5
- 238000006297 dehydration reaction Methods 0.000 claims description 5
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N aluminium oxide Inorganic materials [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Al+3] PNEYBMLMFCGWSK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 2
- 230000001699 photocatalysis Effects 0.000 abstract description 15
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 11
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 10
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 abstract description 2
- 231100000331 toxic Toxicity 0.000 abstract description 2
- 230000002588 toxic effect Effects 0.000 abstract description 2
- 229910021586 Nickel(II) chloride Inorganic materials 0.000 abstract 1
- QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L nickel dichloride Chemical compound Cl[Ni]Cl QMMRZOWCJAIUJA-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 1
- 239000011701 zinc Substances 0.000 description 41
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 20
- 239000002086 nanomaterial Substances 0.000 description 17
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 description 15
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 description 15
- 229910018072 Al 2 O 3 Inorganic materials 0.000 description 14
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 13
- 229910001338 liquidmetal Inorganic materials 0.000 description 12
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 11
- 239000003054 catalyst Substances 0.000 description 10
- 230000008569 process Effects 0.000 description 10
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 description 9
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 9
- 229910010413 TiO 2 Inorganic materials 0.000 description 8
- UENWRTRMUIOCKN-UHFFFAOYSA-N benzyl thiol Chemical compound SCC1=CC=CC=C1 UENWRTRMUIOCKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 8
- WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N Acetonitrile Chemical compound CC#N WEVYAHXRMPXWCK-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 description 6
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 6
- FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M hydroxidooxidoaluminium Chemical compound O[Al]=O FAHBNUUHRFUEAI-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 6
- 239000002114 nanocomposite Substances 0.000 description 5
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 5
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000004964 aerogel Substances 0.000 description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 description 4
- 239000006228 supernatant Substances 0.000 description 4
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 description 3
- YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N Toluene Chemical compound CC1=CC=CC=C1 YXFVVABEGXRONW-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 3
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000013049 sediment Substances 0.000 description 3
- 101100494773 Caenorhabditis elegans ctl-2 gene Proteins 0.000 description 2
- 101100112369 Fasciola hepatica Cat-1 gene Proteins 0.000 description 2
- 101100005271 Neurospora crassa (strain ATCC 24698 / 74-OR23-1A / CBS 708.71 / DSM 1257 / FGSC 987) cat-1 gene Proteins 0.000 description 2
- WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N Tetrahydrofuran Chemical compound C1CCOC1 WYURNTSHIVDZCO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N Zinc monoxide Chemical compound [Zn]=O XLOMVQKBTHCTTD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000012300 argon atmosphere Substances 0.000 description 2
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 2
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003197 catalytic effect Effects 0.000 description 2
- 229910052798 chalcogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 150000001787 chalcogens Chemical class 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N decane Chemical compound CCCCCCCCCC DIOQZVSQGTUSAI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000002073 fluorescence micrograph Methods 0.000 description 2
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052745 lead Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000000155 melt Substances 0.000 description 2
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 2
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 description 2
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004570 mortar (masonry) Substances 0.000 description 2
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 2
- 150000003573 thiols Chemical class 0.000 description 2
- 229910052718 tin Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000004408 titanium dioxide Substances 0.000 description 2
- 230000009466 transformation Effects 0.000 description 2
- MNZAKDODWSQONA-UHFFFAOYSA-N 1-dibutylphosphorylbutane Chemical compound CCCCP(=O)(CCCC)CCCC MNZAKDODWSQONA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 101710134784 Agnoprotein Proteins 0.000 description 1
- 241000894006 Bacteria Species 0.000 description 1
- MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N Dioxygen Chemical compound O=O MYMOFIZGZYHOMD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N Hydrogen Chemical compound [H][H] UFHFLCQGNIYNRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N O.O.O.[Al] Chemical compound O.O.O.[Al] MXRIRQGCELJRSN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000978 Pb alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N Selenium Chemical compound [Se] BUGBHKTXTAQXES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 241000295644 Staphylococcaceae Species 0.000 description 1
- 235000021355 Stearic acid Nutrition 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 1
- 238000004220 aggregation Methods 0.000 description 1
- 230000002776 aggregation Effects 0.000 description 1
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000005275 alloying Methods 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 1
- 230000000845 anti-microbial effect Effects 0.000 description 1
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052792 caesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000969 carrier Substances 0.000 description 1
- 239000012159 carrier gas Substances 0.000 description 1
- 238000006555 catalytic reaction Methods 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004624 confocal microscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 1
- 229910001882 dioxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000012153 distilled water Substances 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000011049 filling Methods 0.000 description 1
- 239000005357 flat glass Substances 0.000 description 1
- 238000004108 freeze drying Methods 0.000 description 1
- 229910052733 gallium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000001030 gas--liquid chromatography Methods 0.000 description 1
- 239000001307 helium Substances 0.000 description 1
- 229910052734 helium Inorganic materials 0.000 description 1
- SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N helium atom Chemical compound [He] SWQJXJOGLNCZEY-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052738 indium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000009413 insulation Methods 0.000 description 1
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 229910052749 magnesium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052748 manganese Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
- 244000005700 microbiome Species 0.000 description 1
- 210000001724 microfibril Anatomy 0.000 description 1
- 239000011858 nanopowder Substances 0.000 description 1
- QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Chemical class CCCCCCCCCCCCCCCCCC(O)=O QIQXTHQIDYTFRH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N octadecanoic acid Natural products CCCCCCCC(C)CCCCCCCCC(O)=O OQCDKBAXFALNLD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 description 1
- 229910052763 palladium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000035515 penetration Effects 0.000 description 1
- 239000002957 persistent organic pollutant Substances 0.000 description 1
- 229910052698 phosphorus Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 1
- 238000003825 pressing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000007670 refining Methods 0.000 description 1
- 238000010992 reflux Methods 0.000 description 1
- 229910052702 rhenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000003839 salts Chemical class 0.000 description 1
- 229910052706 scandium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004626 scanning electron microscopy Methods 0.000 description 1
- 229910052711 selenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011669 selenium Substances 0.000 description 1
- 239000004054 semiconductor nanocrystal Substances 0.000 description 1
- 238000003980 solgel method Methods 0.000 description 1
- 238000004611 spectroscopical analysis Methods 0.000 description 1
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 1
- 239000008117 stearic acid Substances 0.000 description 1
- 238000000859 sublimation Methods 0.000 description 1
- 230000008022 sublimation Effects 0.000 description 1
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 1
- 150000003464 sulfur compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000000725 suspension Substances 0.000 description 1
- 229910052714 tellurium Inorganic materials 0.000 description 1
- PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N tellurium atom Chemical compound [Te] PORWMNRCUJJQNO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N tetrahydrofuran Natural products C=1C=COC=1 YLQBMQCUIZJEEH-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010936 titanium Substances 0.000 description 1
- 238000000844 transformation Methods 0.000 description 1
- ZMBHCYHQLYEYDV-UHFFFAOYSA-N trioctylphosphine oxide Chemical compound CCCCCCCCP(=O)(CCCCCCCC)CCCCCCCC ZMBHCYHQLYEYDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- FIQMHBFVRAXMOP-UHFFFAOYSA-N triphenylphosphane oxide Chemical compound C=1C=CC=CC=1P(C=1C=CC=CC=1)(=O)C1=CC=CC=C1 FIQMHBFVRAXMOP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052720 vanadium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011787 zinc oxide Substances 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к способам получения фотокатализаторов для разложения токсичных органических веществ, загрязняющих воду и воздух, а именно к способу получения фотокатализатора на основе высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия, инкрустированного неагломерированными квантовыми точками, и может быть использовано в химической промышленности и в медицине.The invention relates to methods for producing photocatalysts for the decomposition of toxic organic substances that pollute water and air, namely to a method for producing a photocatalyst based on highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide inlaid with non-agglomerated quantum dots, and can be used in the chemical industry and medicine.
Производство неагломерированных твердых частиц из наночастиц с открытой структурой является актуальной задачей в области нанотехнологий и наноматериалов. Такие твердые вещества позволили бы согласовать определенные выбранные по размеру физические и химические свойства и максимальную удельную площадь активной фазы, избегая серьезных экологических проблем из-за их рассеяния в окружающей среде. В настоящее время подавляющее большинство методов синтеза наноматериалов позволяют получать их в виде дисперсных систем, например, нанопорошков или коллоидных растворов в полярных или неполярных средах. В таких дисперсных системах наночастицы ввиду высокой поверхностной энергии крайне склонны к агрегации, которая может происходить как самопроизвольно, так и в результате топохимических реакций со средой или другими частицами и кластерами. Данное обстоятельство существенно ограничивает область применения дисперсных наноматериалов и обусловливает необходимость развития и поиска методов получения новых видов наноструктур, обладающих высокой физико-химической и структурной стабильностью и необходимыми функциональными характеристиками. Объемные нанокомпозиты с развитым интерфейсом (благодаря высокой открытой пористости - более 99%) являются одним из наиболее востребованных функциональных наноматериалов, поскольку характеризуются широким спектром потенциальных применений. Подобные материалы могут быть использованы в качестве катализаторов ряда промышленно важных процессов (нефтепереработка, тонкий органический синтез и др.), а также фотокатализаторов (очистка воды и воздуха от загрязнений органической природы, фотодеструкция микроорганизмов и бактерий).The production of non-agglomerated solid particles from nanoparticles with an open structure is a pressing problem in the field of nanotechnology and nanomaterials. Such solids would allow the matching of certain size-selected physical and chemical properties and maximum specific active phase area, avoiding serious environmental problems due to their dispersion into the environment. Currently, the vast majority of methods for the synthesis of nanomaterials make it possible to obtain them in the form of dispersed systems, for example, nanopowders or colloidal solutions in polar or non-polar media. In such dispersed systems, nanoparticles, due to their high surface energy, are extremely prone to aggregation, which can occur either spontaneously or as a result of topochemical reactions with the medium or other particles and clusters. This circumstance significantly limits the scope of application of dispersed nanomaterials and necessitates the development and search for methods for obtaining new types of nanostructures with high physicochemical and structural stability and the necessary functional characteristics. Bulk nanocomposites with a developed interface (due to high open porosity - more than 99%) are one of the most popular functional nanomaterials, since they are characterized by a wide range of potential applications. Such materials can be used as catalysts for a number of industrially important processes (oil refining, fine organic synthesis, etc.), as well as photocatalysts (purification of water and air from organic pollutants, photodestruction of microorganisms and bacteria).
Ближайшими по своим свойствам к объемным ультрапористым нанокомпозитам являются аэрогели, оксидов различных металлов. Согласно современному определению в IUPAC Goldbook аэрогель - это «гель, состоящий из микропористого твердого вещества, в котором дисперсная фаза представляет собой газ». Аэрогели и "аэрогелеподобные" 3D наноструктуры оксидов обладают широким спектром уникальных свойств, включая большую удельную поверхность - до 1000 м2/г, открытую пористость ≥99% и чрезвычайно низкую плотность (близкую к плотности воздуха), что делает их востребованными материалами для звуко- и теплоизоляции, для катализаторов или носителей катализаторов, для химических датчиков, адсорбентов, газовых фильтров и т.д.The properties closest to bulk ultraporous nanocomposites are aerogels of various metal oxides. According to the current definition in the IUPAC Goldbook, an airgel is “a gel consisting of a microporous solid in which the dispersed phase is a gas.” Aerogels and “aerogel-like” 3D oxide nanostructures have a wide range of unique properties, including large specific surface area - up to 1000 m 2 /g, open porosity ≥99% and extremely low density (close to the density of air), which makes them popular materials for acoustic applications. and thermal insulation, for catalysts or catalyst carriers, for chemical sensors, adsorbents, gas filters, etc.
Обычно аэрогели получают по «золь-гель» технологии с применением сверхкритического (реже сублимационного) высушивания, при этом жидкость (чаще всего спирт), содержащаяся в порах геля, замещается газом (чаще всего воздухом). Сегодня золь-гель метод является наиболее распространенным методом синтеза оксидных аэрогелей -монолитных материалов, обладающих изотропной структурой и однородными физико-химическими свойствами.Typically, aerogels are produced using “sol-gel” technology using supercritical (less often sublimation) drying, in which the liquid (most often alcohol) contained in the pores of the gel is replaced by gas (most often air). Today, the sol-gel method is the most common method for the synthesis of oxide aerogels - monolithic materials with an isotropic structure and uniform physicochemical properties.
Но известен способ синтеза оксидных наноматериалов, заключающийся в контролируемом селективном окислении бинарных жидкометаллических расплавов -«жидкометаллическая технология», основанная на селективном окислении металла M1 из его жидкого сплава с другим металлом М2 в присутствии водяного пара или газовой смеси вода/кислород. Таким образом могут быть окислены различные металлы: M1=Al, Fe, Mg, In, Sn, Mo, Zn, Y, Sc и другие, в то время как М2 может быть Hg, Ga, Bi, Sn, Pb или сплавом Pb-Bi.But there is a known method for the synthesis of oxide nanomaterials, which consists in the controlled selective oxidation of binary liquid metal melts - “liquid metal technology”, based on the selective oxidation of metal M1 from its liquid alloy with another metal M2 in the presence of water vapor or a water/oxygen gas mixture. Various metals can be oxidized in this way: M1=Al, Fe, Mg, In, Sn, Mo, Zn, Y, Sc and others, while M2 can be Hg, Ga, Bi, Sn, Pb or a Pb- alloy Bi.
Примером успешной реализации жидкометаллической технологии для синтеза ультрапористого оксигидроксида алюминия Al2O3⋅n(H2O) является селективное окисление расплава Ga-Al газовой смесью на основе инертного или малоактивного газа с водяным паром при 50-120°С (Р.Ш. Асхадуллин, П.Н. Мартынов, А.А. Симаков, П.А. Юдинцев. Жидкометаллическая технология синтеза наноструктурированных веществ. Их свойства и перспективы применения. // «Новые промышленные технологии», 2004, №3; Р.Ш. Асхадуллин, П.А. Юдинцев, И.С.Курина. Жидкометаллическая» технология синтеза аэрогеля Al2O3⋅H2O и его применение для получения усовершенствованных керамических материалов. // «Новые промышленные технологии», 2004, №3; Мартынов П.Н., Асхадуллин Р.Ш., Юдинцев П.А., Ходан А.Н. Новый метод синтеза наноматериалов на основе контролируемого селективного окисления жидкометаллических расплавов. // Новые промышленные технологии, 2008, Т.4, с. 48-52; RU 2092437, C01F 7/02, опубл. 10.10.1997; RU 2150429, C01F 7/42, опубл. 10.06.2000; RU 2305659, C01F 7/02, опубл. 10.09.2007; RU 81490, C08F 7/02, опубл. 20.03.2009).An example of the successful implementation of liquid metal technology for the synthesis of ultraporous aluminum oxyhydroxide Al 2 O 3 ⋅n(H 2 O) is the selective oxidation of a Ga-Al melt with a gas mixture based on an inert or low-active gas with water vapor at 50-120°C (R.Sh. Askhadullin, P. N. Martynov, A. A. Simakov, P. A. Yudintsev. Liquid metal technology for the synthesis of nanostructured substances. Their properties and prospects for application. // “New industrial technologies”, 2004, No. 3; R. Sh. Askhadullin , P. A. Yudintsev, I. S. Kurina. Liquid metal" technology for the synthesis of Al 2 O 3 ⋅H 2 O airgel and its application for the production of improved ceramic materials. // "New industrial technologies", 2004, No. 3; Martynov P .N., Askhadullin R.Sh., Yudintsev P.A., Khodan A.N. A new method for the synthesis of nanomaterials based on controlled selective oxidation of liquid metal melts. // New industrial technologies, 2008, T.4, pp. 48-52 ; RU 2092437, C01F 7/02, publ. 10.10.1997; RU 2150429, C01F 7/42, publ. 06/10/2000; RU 2305659, C01F 7/02, publ. 09/10/2007; RU 81490, C08F 7/02, publ. 03/20/2009).
Описано также использование ртути в качестве металла-основы для синтеза оксигидроксида алюминия по жидкометаллической технологии, что позволяет вести процесс окисления в атмосфере влажного воздуха при пониженных температурах (20-25°С). В результате окисления амальгамы Hg-Al формируется высокопористый монолитный материал, структуру которого образует трехмерная сетка аморфных нанофибрилл средней длины 120-160 нм, диаметра ≈5-7 нм из гидратированного оксида алюминия (T.di Costanzo, А.А. Fomkin, С.Frappart, A.N. Khodan, D.G. Kuznetsov, L. Mazerolles, D. Michel, A.A. Minaev, V.A. Sinitsin, J-L. Vignes. New methods of porous oxide synthesis: alumina and alumina based compounds. Progress in advanced materials and processes. Materials science forum, 453-454 (2004) 315-322; патент FR 2847569 A1, опубл. 28.05.2004).The use of mercury as a base metal for the synthesis of aluminum oxyhydroxide using liquid metal technology is also described, which allows the oxidation process to be carried out in an atmosphere of humid air at low temperatures (20-25°C). As a result of the oxidation of the Hg-Al amalgam, a highly porous monolithic material is formed, the structure of which is formed by a three-dimensional network of amorphous nanofibrils with an average length of 120-160 nm, a diameter of ≈5-7 nm from hydrated aluminum oxide (T.di Costanzo, A.A. Fomkin, S. Frappart, A. N. Khodan, D. G. Kuznetsov, L. Mazerolles, D. Michel, A. A. Minaev, V. A. Sinitsin, J-L. Vignes. New methods of porous oxide synthesis: aluminum and alumina based compounds. Progress in advanced and materials processes. Materials science forum, 453-454 (2004) 315-322; patent FR 2847569 A1, published 05/28/2004).
Преимущество «жидкометаллической технологии» заключается в том, что метод является одностадийным - стадия синтеза металлооксидного золя с последующим его превращением в гель отсутствует.Формирование металлооксидной 3D сетки происходит непосредственно на границе раздела металлический расплав - воздух. Также полученные образцы отличаются хорошей воспроизводимостью структурных и физико-химических характеристик. Процесс синтеза характеризуется относительно высокой производительностью: линейная скорость роста наноструктур составляет около 1 см/ч при комнатной температуре. Образцы гидратированного оксигидроксида алюминия характеризуются малой плотностью: от 0,02 до 0,04 г/см3, большой величиной открытой пористости - более 99% и удельной поверхностью более 200 м2/г, которая может быть увеличена до ~ 800 м2/г при использовании сублимационной сушки. Важно заметить, что отжиг гидратированного оксигидроксида алюминия в температурном диапазоне от 25 до 1700°С не приводит к разрушению образцов - они сохраняют монолитность и открытую пористую структуру, но при этом их линейные размеры изотропно уменьшаются (А. Khodan, T.H.N. Nguyen, М. Esaulkov, M.R. Kiselev, M. Amamra, J.-L. Vignes & A. Kanaev. Porous monoliths consisting of aluminum oxyhydroxide nanofibrils: 3D structure, chemical composition, and phase transformations in the temperature range 25-1700°C. J Nanopart Res (2018) 20:194).The advantage of “liquid metal technology” is that the method is one-stage - there is no stage of synthesis of a metal oxide sol with its subsequent transformation into a gel. The formation of a metal oxide 3D network occurs directly at the interface between the metal melt and air. Also, the obtained samples are distinguished by good reproducibility of structural and physicochemical characteristics. The synthesis process is characterized by relatively high productivity: the linear growth rate of nanostructures is about 1 cm/h at room temperature. Samples of hydrated aluminum oxyhydroxide are characterized by low density: from 0.02 to 0.04 g/cm 3 , high open porosity - more than 99% and a specific surface area of more than 200 m 2 /g, which can be increased to ~ 800 m 2 /g when using freeze drying. It is important to note that annealing of hydrated aluminum oxyhydroxide in the temperature range from 25 to 1700°C does not lead to destruction of the samples - they retain their solidity and open porous structure, but at the same time their linear dimensions decrease isotropically (A. Khodan, THN Nguyen, M. Esaulkov , M. R. Kiselev, M. Amamra, J.-L. Vignes & A. Kanaev. Porous monoliths consisting of aluminum oxyhydroxide nanofibrils: 3D structure, chemical composition, and phase transformations in the temperature range 25-1700°C. J Nanopart Res ( 2018) 20:194).
Наноструктуры полупроводниковых оксидов металлов используются в качестве фотокатализаторов: на основе диоксида титана (RU 2760442, RU 2640811, RU 2511053, RU 2469788, RU 2408428, RU 2322498); на основе оксида цинка (RU 2771385, RU 2733474).Nanostructures of semiconductor metal oxides are used as photocatalysts: based on titanium dioxide (RU 2760442, RU 2640811, RU 2511053, RU 2469788, RU 2408428, RU 2322498); based on zinc oxide (RU 2771385, RU 2733474).
Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу получения фотокатализатора на основе высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия, инкрустированного неагломерированными наночастицами, является способ получения нанокомпозитов на основе ТiO2-Al2O3, обладающих фотокаталитической активностью (Светлакова А.В., Sanchez Mendez М., Тучина Е.С., Ходан А.Н. и др. Исследование фотокаталитической антимикробной активности нанокомпозитов на основе TiO2-Al2O3 при воздействии светодиодного излучения (405 пт) на стафилококки. Оптика и спектроскопия, т.129, вып. 6, с. 736, 737). Известный способ включает синтез высокопористого наноструктурированного монолитного гидрата оксида алюминия путем воздействия влажным воздухом на поверхность алюминия, покрытую ртутьсодержащим реагентом, термообработку полученного гидрата оксида алюминия для его обезвоживания, инкрустирование полученного обезвоженного высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия неагломерированными наночастицами его пропиткой дисперсией наночастиц ТiO2 и последующую сушку на воздухе.The closest analogue to the proposed method for producing a photocatalyst based on highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide inlaid with non-agglomerated nanoparticles is a method for producing nanocomposites based on TiO 2 -Al 2 O 3 with photocatalytic activity (Svetlakova A.V., Sanchez Mendez M., Tuchina E. S., Khodan A. N. et al. Study of photocatalytic antimicrobial activity of nanocomposites based on TiO 2 -Al 2 O 3 under the influence of LED radiation (405 pt) on staphylococci. Optics and Spectroscopy, v. 129, issue 6, pp. 736, 737). The known method involves the synthesis of highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide hydrate by exposing the surface of aluminum coated with a mercury-containing reagent to humid air, heat treatment of the resulting aluminum oxide hydrate for its dehydration, inlaying the resulting dehydrated highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide with non-agglomerated nanoparticles, impregnation with a dispersion of TiO 2 nanoparticles, and subsequent drying. shku on air.
Данный известный способ обладает выше описанными преимуществами «жидкометаллической технологии» синтеза ультрапористого оксигидроксида алюминия, но получаемые нанокомпозиты существенно уступают по фотокаталитической активности фотокатализаторам на основе диоксида титана.This known method has the above-described advantages of “liquid metal technology” for the synthesis of ultraporous aluminum oxyhydroxide, but the resulting nanocomposites are significantly inferior in photocatalytic activity to photocatalysts based on titanium dioxide.
Известны фотокатализаторы для получения водорода на основе соединений серы с цинком и кадмием (RU 2199390, RU 2175888, RU 2175887), например, фотокатализатор следующей формулы: m(a)/CdxZnyMzS, в которой m обозначает легирующий металлический элемент в качестве акцептора электронов, выбранный из группы, включающей Ni, Pt, Ru или оксид какого-либо из этих металлов; (а) обозначает массовое процентное содержание т, находящееся в интервале 0,10-5,00; М обозначает каталитический элемент, выбранный из группы, включающей Mo, V, Al, Cs, Ti, Mn, Fe, Pd, Pt, P, Cu, Ag, Ir, Sb, Pb, Ga и Re [RU 2199390).Photocatalysts for producing hydrogen based on sulfur compounds with zinc and cadmium are known (RU 2199390, RU 2175888, RU 2175887), for example, a photocatalyst with the following formula: m(a)/Cd x Zn y M z S, in which m denotes the alloying metal element as an electron acceptor selected from the group consisting of Ni, Pt, Ru or an oxide of any of these metals; (a) denotes the mass percentage t, which is in the range of 0.10-5.00; M denotes a catalytic element selected from the group consisting of Mo, V, Al, Cs, Ti, Mn, Fe, Pd, Pt, P, Cu, Ag, Ir, Sb, Pb, Ga and Re [RU 2199390].
Высокопористый наноструктурированный монолитный оксид алюминия, получаемый по «жидкометаллической технологии», не обладает фотокаталитическими свойствами, так как не является полупроводником, но его высокая открытая пористость позволяет заполнять свободный объем различными растворами.Highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide, produced using “liquid metal technology,” does not have photocatalytic properties, since it is not a semiconductor, but its high open porosity allows the free volume to be filled with various solutions.
В последние годы всё более широкое применение, в том числе в качестве фотокатализаторов, находят полупроводниковые нанокристаллы квантовых размеров (квантовые точки), обладающие люминесцентными свойствами.In recent years, quantum-sized semiconductor nanocrystals (quantum dots) with luminescent properties have found increasing use, including as photocatalysts.
В настоящее время известно достаточно большое число способов получения квантовых точек. Одним из наиболее разработанных методов является коллоидный синтез квантовых точек (RU 2774829, RU 2692929, RU 2692929, RU 2381304). Согласно патенту RU 2381304 для синтеза нанокристаллов квантовых точек используют прекурсор, содержащий металл II или IV группы (цинк, кадмий, ртуть, свинец), и прекурсор, содержащий халькоген (сера, селен, теллур). В качестве прекурсора, содержащего металл II или IV группы, используют соли стеариновой или олеиновой кислоты, а также CdCl2. В качестве прекурсора, содержащего халькоген, используют его соединения с триоктилфосфиноксидом, трибутилфосфиноксидом, трифенилфосфиноксидом. Реакцию проводят в органическом растворителе при постоянной температуре в пределах от 150 до 250°С в течение от 15 с до 1 ч.Currently, a fairly large number of methods for producing quantum dots are known. One of the most developed methods is colloidal synthesis of quantum dots (RU 2774829, RU 2692929, RU 2692929, RU 2381304). According to patent RU 2381304, for the synthesis of quantum dot nanocrystals, a precursor containing a metal of group II or IV (zinc, cadmium, mercury, lead) and a precursor containing chalcogen (sulfur, selenium, tellurium) are used. As a precursor containing a metal of group II or IV, salts of stearic or oleic acid, as well as CdCl 2 are used. As a precursor containing chalcogen, its compounds with trioctylphosphine oxide, tributylphosphine oxide, and triphenylphosphine oxide are used. The reaction is carried out in an organic solvent at a constant temperature ranging from 150 to 250°C for 15 s to 1 hour.
Наиболее близким аналогом к предлагаемому способу синтеза неагломерированных квантовых точек Zn0,5Cd0,5S является способ, описанный в заявке US 2009092539, МПК С01В17/00, 09.04.2009. Способ включает приготовление смеси прекурсоров Zn и Cd из их ацетатов в присутствии олеиновой кислоты в органическом растворителе, приготовление раствора серы в органическом растворителе в инертной атмосфере, синтез нанокристаллов Zn0,5Cd0,5S из полученных растворов прекурсоров Zn, Cd и серы.The closest analogue to the proposed method for the synthesis of non-agglomerated quantum dots Zn 0.5 Cd 0.5 S is the method described in application US 2009092539, IPC C01B17/00, 04/09/2009. The method includes preparing a mixture of Zn and Cd precursors from their acetates in the presence of oleic acid in an organic solvent, preparing a solution of sulfur in an organic solvent in an inert atmosphere, synthesizing Zn 0.5 Cd 0.5 S nanocrystals from the resulting solutions of Zn, Cd and sulfur precursors.
Данный известный способ позволяет получать квантовые точки Zn0,5Cd0,5S, но они обладают очень слабой фотокаталитической активностью.This known method makes it possible to obtain Zn 0.5 Cd 0.5 S quantum dots, but they have very weak photocatalytic activity.
Задачей изобретения является разработка способа получения фотокатализатора на основе высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия, инкрустированного неагломерированными квантовыми точками, который обеспечит получаемому катализатору высокую фотокаталитическую активность, что позволит использовать его в различных фотокаталитических процессах.The objective of the invention is to develop a method for producing a photocatalyst based on highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide inlaid with non-agglomerated quantum dots, which will provide the resulting catalyst with high photocatalytic activity, which will allow its use in various photocatalytic processes.
Задачей изобретения является также разработка способа синтеза неагломерированных квантовых точек Zn0,5Cd0,5S, допированных никелем, который позволит получить фотокатализатор на основе высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия, инкрустированный неагломерированными квантовыми точками, обладающий высокой фотокаталитической активностью.The objective of the invention is also to develop a method for the synthesis of non-agglomerated Zn 0.5 Cd 0.5 S quantum dots doped with nickel, which will make it possible to obtain a photocatalyst based on highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide, inlaid with non-agglomerated quantum dots, possessing high photocatalytic activity.
Решение поставленной задачи достигается предлагаемым способом получения фотокатализатора на основе высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия, инкрустированного неагломерированными наночастицами, включающим синтез высокопористого наноструктурированного монолитного гидрата оксида алюминия путем воздействия влажным воздухом на поверхность алюминия, покрытую ртутьсодержащим реагентом, термообработку полученного гидрата оксида алюминия для его обезвоживания, инкрустирование полученного обезвоженного высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия неагломерированными наночастицами его пропиткой дисперсией наночастиц и последующую сушку на воздухе, в котором в качестве ртутьсодержащего реагента используют ртутно-серебряную амальгаму, а при пропитке и инкрустировании - дисперсию в циклогексане квантовых точек Zn0,5Cd0,5S, допированных никелем.The solution to the problem is achieved by the proposed method for producing a photocatalyst based on highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide inlaid with non-agglomerated nanoparticles, including the synthesis of highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide hydrate by exposing the aluminum surface coated with a mercury-containing reagent to humid air, heat treatment of the resulting aluminum oxide hydrate for its dehydration, encrusting the resulting dehydrated highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide with non-agglomerated nanoparticles, its impregnation with a dispersion of nanoparticles and subsequent drying in air, in which mercury-silver amalgam is used as a mercury-containing reagent, and during impregnation and inlaying - a dispersion in cyclohexane of quantum dots Zn 0.5 Cd 0.5 S doped with nickel.
Синтез высокопористого наноструктурированного монолитного гидрата оксида алюминия проводят при 25°С при влажности воздуха 70%.The synthesis of highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide hydrate is carried out at 25°C with an air humidity of 70%.
Содержание серебра в ртутно-серебряной амальгаме составляет не более 17 ат.%.The silver content in mercury-silver amalgam is no more than 17 at.%.
Термообработку полученного гидрата оксида алюминия для его обезвоживания проводят при 1000°С.The heat treatment of the resulting aluminum oxide hydrate for its dehydration is carried out at 1000°C.
Инкрустирование обезвоженного высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия неагломерированными квантовыми точками Zn0,5Cd0,5S, допированными никелем, проводят до содержания квантовых точек в монолитном оксиде алюминия 10 мас. %.Inlaying of dehydrated highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide with non-agglomerated Zn 0.5 Cd 0.5 S quantum dots doped with nickel is carried out until the content of quantum dots in the monolithic aluminum oxide is 10 wt. %.
Решение поставленной задачи достигается также предлагаемым способом синтеза неагломерированных квантовых точек Zn0,5Cd0,5S, включающим приготовление смеси прекурсоров Zn и Cd из их ацетатов в присутствии олеиновой кислоты в органическом растворителе, приготовление раствора серы в органическом растворителе в инертной атмосфере, синтез нанокристаллов Zn0,5Cd0,5S из полученных растворов прекурсоров Zn, Cd и серы, в котором для получения квантовых точек Zn0,5Cd0,5S, допированных никелем, предназначенных для инкрустирования обезвоженного высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия в заявленном способе получения фотокатализатора, при приготовлении смеси прекурсоров Zn и Cd, а также раствора серы используют дибензиловый эфир в качестве органического растворителя, смесь прекурсоров Zn и Cd готовят при 130°С, раствор серы - при 135°С; нанокристаллы Zn0,5Cd0,5S синтезируют последовательным добавлением олеиламина и раствора серы к смеси прекурсоров Zn и Cd в инертной атмосфере при 280°С, перемешиванием при 260°С, охлаждением, добавлением этанола для образования осадка, переосаждением осадка и его диспергированием в циклогексане, после чего полученные нанокристаллы Zn0,5Cd0,5S допируют никелем, для чего к дисперсии нанокристаллов Zn0,5Cd0,5S в циклогексане добавляют раствор NiCh в этаноле, продувают аргоном, освещают кварцевой лампой при перемешивании, затем нанокристаллы Zn0,5Cd0,5S, допированные никелем, осаждают этанолом и диспергируют в циклогексане.The solution to the problem is also achieved by the proposed method for the synthesis of non-agglomerated quantum dots Zn 0.5 Cd 0.5 S, including the preparation of a mixture of Zn and Cd precursors from their acetates in the presence of oleic acid in an organic solvent, the preparation of a solution of sulfur in an organic solvent in an inert atmosphere, synthesis nanocrystals of Zn 0.5 Cd 0.5 S from the resulting solutions of precursors Zn, Cd and sulfur, in which to obtain quantum dots Zn 0.5 Cd 0.5 S, doped with nickel, intended for inlaying dehydrated highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide in the claimed in the method of producing a photocatalyst, when preparing a mixture of Zn and Cd precursors, as well as a sulfur solution, dibenzyl ether is used as an organic solvent, a mixture of Zn and Cd precursors is prepared at 130°C, a sulfur solution at 135°C; Zn 0.5 Cd 0.5 S nanocrystals are synthesized by sequentially adding oleylamine and sulfur solution to a mixture of Zn and Cd precursors in an inert atmosphere at 280°C, stirring at 260°C, cooling, adding ethanol to form a precipitate, reprecipitating the precipitate and dispersing it in cyclohexane, after which the resulting Zn 0.5 Cd 0.5 S nanocrystals are doped with nickel, for which a solution of NiCh in ethanol is added to the dispersion of Zn 0.5 Cd 0.5 S nanocrystals in cyclohexane, purged with argon, illuminated with a quartz lamp with stirring, then nickel-doped Zn 0.5 Cd 0.5 S nanocrystals are precipitated with ethanol and dispersed in cyclohexane.
Содержание никеля в нанокристаллах Zn0,5Cd0,5S, допированных никелем, составляет 10 мас. %.The nickel content in Zn 0.5 Cd 0.5 S nanocrystals doped with nickel is 10 wt. %.
Для реакции синтеза высокопористого наноструктурированного монолитного гидрата оксида алюминия в предлагаемом способе был выбран метод на основе «жидкометаллической технологии», так как он предпочтительнее многостадийного «золь-гель» метода. В качестве бинарного жидкометаллического расплава для селективного окисления алюминия использовали ртутную амальгаму, что обеспечило проведение процесса синтеза при комнатной температуре. Экспериментальные исследования, проведенные при разработке предлагаемого способа, позволили найти оптимальные параметры процесса - содержание серебра в амальгаме не должно превышать 17 ат.%, в противном случае скорость роста наноструктур гидрата оксида алюминия существенно замедляется. Для обеспечения высокой селективности окислительного процесса влажность воздуха должна быть в пределах 70%.For the synthesis reaction of highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide hydrate in the proposed method, a method based on “liquid metal technology” was chosen, since it is preferable to the multi-stage “sol-gel” method. Mercury amalgam was used as a binary liquid metal melt for the selective oxidation of aluminum, which ensured that the synthesis process was carried out at room temperature. Experimental studies carried out during the development of the proposed method made it possible to find the optimal process parameters - the silver content in the amalgam should not exceed 17 at.%, otherwise the growth rate of aluminum oxide hydrate nanostructures slows down significantly. To ensure high selectivity of the oxidative process, air humidity should be within 70%.
Получаемый наноструктурированный монолитный гидрат оксида алюминия отличается чрезвычайной хрупкостью и для упрочнения его структуры при сохранении высокой открытой пористости и низкой плотности он требует термообработки. Термообработка проводилась при температуре 1000°С.The resulting nanostructured monolithic aluminum oxide hydrate is extremely brittle and requires heat treatment to strengthen its structure while maintaining high open porosity and low density. Heat treatment was carried out at a temperature of 1000°C.
Синтезированные для инкрустирования обезвоженного высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия неагломерированные квантовые точки Zn0,5Cd0,5S для повышения каталитической активности получаемого фотокатализатора допировали никелем.Non-agglomerated Zn 0.5 Cd 0.5 S quantum dots synthesized for inlaying dehydrated highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide were doped with nickel to increase the catalytic activity of the resulting photocatalyst.
Оценку эффективности проникновения синтезированных квантовых точек в наноструктуру высокопористого монолитного оксида алюминия производили с помощью измерения спектров поглощения полученных инкрустированных образцов на спектрофотометре «Shimadzu» UV-3600 (Япония). На рис. 1 приведены спектры поглощения высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия до и после добавления в его наноструктуру квантовых точек: кривая А) - спектр поглощения образца высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия до добавления квантовых точек; кривая Б) - спектр поглощения наноструктурированного оксида алюминия, инкрустированного квантовыми точками; кривая В) - спектр поглощения коллоидного раствора квантовых точек Zn0,5Cd0,5S в циклогексане. На кривой Б) четко виден пик при 455 нм, соответствующий экситонному пику поглощения коллоидного раствора квантовых точек на кривой В). На кривой А) этот пик отсутствует.The efficiency of penetration of synthesized quantum dots into the nanostructure of highly porous monolithic aluminum oxide was assessed by measuring the absorption spectra of the resulting inlaid samples on a Shimadzu UV-3600 spectrophotometer (Japan). In Fig. Figure 1 shows the absorption spectra of highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide before and after adding quantum dots to its nanostructure: curve A) - absorption spectrum of a sample of highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide before adding quantum dots; curve B) - absorption spectrum of nanostructured aluminum oxide inlaid with quantum dots; curve B) - absorption spectrum of a colloidal solution of Zn 0.5 Cd 0.5 S quantum dots in cyclohexane. Curve B) clearly shows a peak at 455 nm, corresponding to the exciton absorption peak of the colloidal solution of quantum dots in curve B). This peak is absent in curve A).
На флуоресцентном микроскопе Zeiss LSM980, оснащенном модулем AiryScan-2, были получены 3D изображения флуоресценции полученных образцов наноструктурированного монолитного оксида алюминия, инкрустированных квантовыми точками Zn0,5Cd0,5S, допированных никелем (см. рис. 2).Using a Zeiss LSM980 fluorescence microscope equipped with an AiryScan-2 module, 3D fluorescence images of the resulting samples of nanostructured monolithic aluminum oxide inlaid with nickel-doped Zn 0.5 Cd 0.5 S quantum dots were obtained (see Fig. 2).
С помощью сканирующего электронного микроскопа Prisma Е. была исследована наноструктура высокопористого монолитного оксида алюминия до и после добавления квантовых точек. Снимки, приведенные на рис. 3 (снимок А) - до добавления квантовых точек; снимок Б) - после добавления квантовых точек) показывают, что процесс добавления квантовых точек не влияет на наноструктуру высокопористого монолитного оксида алюминия.Using a Prisma E scanning electron microscope, the nanostructure of highly porous monolithic aluminum oxide was studied before and after the addition of quantum dots. The photographs shown in Fig. 3 (photo A) - before adding quantum dots; picture B) - after adding quantum dots) show that the process of adding quantum dots does not affect the nanostructure of highly porous monolithic alumina.
Предлагаемый способ получения фотокатализатора осуществляют следующим образом.The proposed method for producing a photocatalyst is carried out as follows.
Пример 1. Синтез высокопористого наноструктурированного монолитного гидрата оксида алюминия.Example 1. Synthesis of highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide hydrate.
Исходным материалом является алюминиевая пластина 10×10 мм толщиной 0,5 мм. Рабочую поверхность пластины промывают в спирте, затем дистиллированной водой. Наливают в плоскую стеклянную емкость 10% раствор NaOH в воде и погружают рабочую поверхность пластины в раствор щелочи на 15 минут для удаления оксидной пленки. Затем поверхность промывают, остатки влаги удаляют фильтровальной бумагой.The starting material is a 10×10 mm aluminum plate with a thickness of 0.5 mm. The working surface of the plate is washed in alcohol, then with distilled water. Pour a 10% solution of NaOH in water into a flat glass container and immerse the working surface of the plate in an alkali solution for 15 minutes to remove the oxide film. Then the surface is washed, and the remaining moisture is removed with filter paper.
Для выращивания высокопористых наноструктур на поверхности Al необходимо создать слой амальгамы Hg-Ag-Al. Для создания амальгамы готовили раствор состава: 0,05М Hg(NO3)2, 0,01 М AgNO3, 2М HNO3 в воде, погружали поверхность пластинки в этот раствор на 15 минут и затем промывали водой. Подготовленную пластинку помещали в камеру с заданной влажностью 70% и температурой 25°С. Температуру пластинки поддерживали с помощью металлической подложки, подключенной к холодильнику. За 5 часов на рабочей поверхности алюминиевой пластины вырастает монолитный слой наноструктур гидрата оксида алюминия высотой 1 см. Открытая пористость полученного образца составляет 99%, плотность - 0,02 г/см3.To grow highly porous nanostructures on the Al surface, it is necessary to create a layer of Hg-Ag-Al amalgam. To create an amalgam, a solution of the following composition was prepared: 0.05 M Hg(NO 3 ) 2 , 0.01 M AgNO 3 , 2 M HNO 3 in water, immersed the surface of the plate in this solution for 15 minutes and then washed with water. The prepared plate was placed in a chamber with a specified humidity of 70% and a temperature of 25°C. The temperature of the plate was maintained using a metal substrate connected to a refrigerator. In 5 hours, a monolithic layer of aluminum oxide hydrate nanostructures 1 cm high grows on the working surface of an aluminum plate. The open porosity of the resulting sample is 99%, the density is 0.02 g/cm 3 .
Пример 2. Термообработка полученного по примеру 1 образца высокопористого наноструктурированного монолитного гидрата оксида алюминия.Example 2. Heat treatment of a highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide hydrate sample obtained according to Example 1.
Образец полученного по примеру 1 гидрата оксида алюминия помещают в печь, разогретую до температуры 1000°С на 4 часа. Обработка при 1000°С позволила значительно снизить содержание воды в исходном гидрате оксида алюминия nH2O×Al2O3 до n<0,04. При этом аморфная структура кристаллизуется в θ-Al2O3 с диаметром микрофибрил ~ 9 нм. Открытая пористость полученного обезвоженного образца составляет 98,8%, плотность - 0,045 г/см2.A sample of aluminum oxide hydrate obtained in example 1 is placed in an oven heated to a temperature of 1000°C for 4 hours. Treatment at 1000°C made it possible to significantly reduce the water content in the initial aluminum oxide hydrate nH 2 O×Al 2 O 3 to n<0.04. In this case, the amorphous structure crystallizes into θ-Al 2 O 3 with a microfibril diameter of ~ 9 nm. The open porosity of the resulting dehydrated sample is 98.8%, density is 0.045 g/cm 2 .
Пример 3. Синтез неагломерированных каталитически активных квантовых точек Zn0,5Cd0,5S, допированных никелем.Example 3. Synthesis of non-agglomerated catalytically active Zn 0.5 Cd 0.5 S quantum dots doped with nickel.
Синтез нанокристаллов проводили в атмосфере аргона в трехгорлой круглодонной колбе вместимостью 100 мл, снабженной магнитной мешалкой, обратным холодильником, колбонагревателем, соединенным с термостатом, термопарой и закупоренной резиновой пробкой с мембраной. Открытый конец холодильника выполнен с возможностью оперативного соединения либо с вакуумной линией, либо с газопроводом для аргона, снабженным на конце выходом аргона в атмосферу через ртутный затвор и пузырьковый счетчик для предотвращения случайного попадания воздуха в колбу во время эксперимента.The synthesis of nanocrystals was carried out in an argon atmosphere in a three-neck round-bottom flask with a capacity of 100 ml, equipped with a magnetic stirrer, a reflux condenser, a heating mantle connected to a thermostat, a thermocouple and a sealed rubber stopper with a membrane. The open end of the refrigerator is configured to be operatively connected to either a vacuum line or an argon gas pipeline, equipped at the end with an outlet of argon into the atmosphere through a mercury seal and a bubble counter to prevent accidental entry of air into the flask during the experiment.
Смесь прекурсоров Zn и Cd готовили по следующей методике. Смесь Cd(CH3COO)2⋅2H2O 178,9 мг (0,671 ммоль), Zn(CH3COO)2⋅2H2O 147,3 мг (0,671 ммоль), 0,878 мл олеиновой кислоты (2,77 ммоль) и 1,5 мл дибензилового эфира (ДБЭ) в 50 мл сосуде Шленка в токе аргона перемешивали при 130°С в течение 30 мин, вакуумировали в течение 20 мин, затем охлаждали и смешивали с 3,5 мл ДБЭ.A mixture of Zn and Cd precursors was prepared according to the following procedure. A mixture of Cd(CH 3 COO) 2 ⋅2H 2 O 178.9 mg (0.671 mmol), Zn(CH 3 COO) 2 ⋅2H 2 O 147.3 mg (0.671 mmol), 0.878 ml of oleic acid (2.77 mmol ) and 1.5 ml of dibenzyl ether (DBE) in a 50 ml Schlenk flask in a flow of argon were stirred at 130°C for 30 min, evacuated for 20 min, then cooled and mixed with 3.5 ml of DBE.
Смесь серы 21,5 мг (0,671 ммоль) и 2 мл ДБЭ в пробирке Шленка емкостью 25 мл снабженной магнитной мешалкой, нагревали до 100°С и перемешивали в вакууме 15-20 мин для дегазации. Затем смесь перемешивали в аргоне при 135°С до полного растворения серы (25-30 мин), после чего раствор охлаждали до комнатной температуры и хранили в атмосфере аргона в теплом состоянии (35-40°С) до момента использования.A mixture of sulfur 21.5 mg (0.671 mmol) and 2 ml of DBE in a 25 ml Schlenk tube equipped with a magnetic stirrer was heated to 100°C and stirred in a vacuum for 15-20 minutes to degas. Then the mixture was stirred in argon at 135°C until the sulfur was completely dissolved (25-30 min), after which the solution was cooled to room temperature and stored in an argon atmosphere in a warm state (35-40°C) until use.
Смесь прекурсоров Zn и Cd загружали в упомянутую выше трехгорлую круглодонную колбу объемом 100 мл. Смесь выдерживали в вакууме 20 мин при нагревании до 100°С для удаления воздуха. Затем колбу заполняли аргоном. После этого колбу нагревали до 280°С и шприцем через мембрану последовательно вводили 473 мкл олеиламина и приготовленный раствор серы. Далее смесь перемешивали при 260°С в течение 15 мин и быстро охлаждали до комнатной температуры. К смеси добавляли этанол в соотношении 1:2,5. Образовавшийся осадок отделяли от жидкости центрифугированием на скорости 6000 об/мин. Надосадочную жидкость сливали и далее не использовали. Осадок повторно диспергировали в 1 мл толуола и осаждали этанолом в соотношении 1:3. Осадок отделяли от жидкости центрифугированием, надосадочную жидкость сливали. Осадок еще раз переосаждали из циклогексана этанолом. Конечный осадок диспергировали в циклогексане. Недиспергируемый остаток осаждали центрифугированием на скорости 8000 об/мин (~20000 g) в течение 5 мин и отбрасывали. Надосадочная жидкость содержала очищенные нанокристаллы Zn0,5Cd0,5S. В результате получили 198 мг нанокристаллов в виде дисперсии в циклогексане.A mixture of Zn and Cd precursors was loaded into the above-mentioned 100 mL three-neck round bottom flask. The mixture was kept in vacuum for 20 min while heated to 100°C to remove air. Then the flask was filled with argon. After this, the flask was heated to 280°C and 473 μl of oleylamine and the prepared sulfur solution were sequentially injected through the membrane with a syringe. Next, the mixture was stirred at 260°C for 15 min and quickly cooled to room temperature. Ethanol was added to the mixture in a ratio of 1:2.5. The resulting precipitate was separated from the liquid by centrifugation at a speed of 6000 rpm. The supernatant liquid was discarded and not used further. The precipitate was redispersed in 1 ml of toluene and precipitated with ethanol in a ratio of 1:3. The precipitate was separated from the liquid by centrifugation, and the supernatant was drained. The precipitate was once again reprecipitated from cyclohexane with ethanol. The final precipitate was dispersed in cyclohexane. The non-dispersible residue was pelleted by centrifugation at 8000 rpm (~20,000 g) for 5 min and discarded. The supernatant contained purified nanocrystals of Zn 0.5 Cd 0.5 S. As a result, 198 mg of nanocrystals were obtained as a dispersion in cyclohexane.
1 Мл дисперсии Zn0,5Cd0,5S в циклогексане, содержащей 22 мг нанокристаллов, смешивали с 2 мл этанола. Образовавшуюся взвесь центрифугировали на скорости 6000 об/мин 5 мин, чтобы отделить осадок. Прозрачную надосадочную жидкость сливали. Осадок диспергировали в 2 мл тетрагидрофурана и помещали в сосуд Шленка. К дисперсии добавляли 375 мкл 0,1 М NiCl2 в этаноле. Продували в смесь под слой жидкости аргон 15 мин. После чего закупоривали пробкой и освещали кварцевой лампой при перемешивании магнитной мешалкой 1 ч. Затем нанокристаллы осаждали, как описано выше, добавлением этанола и отделяли на центрифуге. Осадок диспергировали в 2 мл циклогексана. Таким образом получили дисперсию нанокристаллов Zn0,5Cd0,5S, допированных никелем в количестве 10 мас. %.1 ml of a dispersion of Zn 0.5 Cd 0.5 S in cyclohexane containing 22 mg of nanocrystals was mixed with 2 ml of ethanol. The resulting suspension was centrifuged at 6000 rpm for 5 min to separate the sediment. The clear supernatant liquid was discarded. The precipitate was dispersed in 2 ml of tetrahydrofuran and placed in a Schlenk vessel. 375 μl of 0.1 M NiCl 2 in ethanol was added to the dispersion. Argon was blown into the mixture under a layer of liquid for 15 minutes. Then they were sealed with a stopper and illuminated with a quartz lamp while stirring with a magnetic stirrer for 1 hour. Then the nanocrystals were precipitated, as described above, by adding ethanol and separated in a centrifuge. The precipitate was dispersed in 2 ml of cyclohexane. Thus, a dispersion of Zn 0.5 Cd 0.5 S nanocrystals doped with nickel in an amount of 10 wt was obtained. %.
Пример 4. Инкрустирование обезвоженного высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия, полученного по примеру 2, квантовыми точками Zn0,5Cd0,5S, допированных никелем.Example 4. Inlaying of dehydrated highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide, obtained according to example 2, with Zn 0.5 Cd 0.5 S quantum dots doped with nickel.
Нанокристаллы наносили на полученный θ-Al2O3 методом пропитки. Для более равномерного заполнения аэрогель сначала смачивали чистым циклогексаном, затем дисперсию нанокристаллов в циклогексане добавляли к аэрогелю до полного смачивания и оставляли высыхать на воздухе. Содержание квантовых точек в аэрогеле составило 10 мас. %). В результате аэрогель приобретал характерную желтую окраску. Распределение нанокристаллов в объеме образца оценивали с помощью конфокальной микроскопии. Влияние циклогексана на нативную структуру аэрогеля определяли с помощью сканирующей электронной микроскопии. Спектр поглощения полученного образца приведен на рис. 1. На рис. 2 представлено 3D изображение флуоресценции, полученное на конфокальном микроскопе.Nanocrystals were applied to the resulting θ-Al 2 O 3 by impregnation. For more uniform filling, the airgel was first wetted with pure cyclohexane, then a dispersion of nanocrystals in cyclohexane was added to the airgel until completely wetted and left to dry in air. The content of quantum dots in the airgel was 10 wt. %). As a result, the airgel acquired a characteristic yellow color. The distribution of nanocrystals in the sample volume was assessed using confocal microscopy. The effect of cyclohexane on the native airgel structure was determined using scanning electron microscopy. The absorption spectrum of the resulting sample is shown in Fig. 1. In Fig. Figure 2 shows a 3D fluorescence image obtained on a confocal microscope.
Оценка фотокаталитической активности полученного по предлагаемому способу фотокатализатора проводилась следующим образом.The photocatalytic activity of the photocatalyst obtained using the proposed method was assessed as follows.
Фотокаталитическое окисление органических веществ в жидкой фазе исследовалось на примере модельной реакции окисления бензилтиола (BnSH):Photocatalytic oxidation of organic substances in the liquid phase was studied using the model reaction of benzylthiol (BnSH) oxidation as an example:
2Bn-SH→Bn-S-S- Bn+H2↑⋅2Bn-SH→Bn-SS- Bn+H 2 ↑⋅
Эффективность катализа оценивали по конверсии и скорости его окисления.The efficiency of catalysis was assessed by the conversion and rate of its oxidation.
Окисление бензилтиола проводили на двух катализаторах: на образцах полученного по предлагаемому способу фотокатализатора на основе высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия, инкрустированного неагломерированными квантовыми точками Zn0,5Cd0,5S, содержащими 10 мас. % Ni (Кат1), и для сравнения на известном катализаторе TiO2/Al2O3, содержащем 3 мас. % Pt от TiO2.The oxidation of benzylthiol was carried out on two catalysts: on samples of a photocatalyst obtained according to the proposed method based on highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide, inlaid with non-agglomerated quantum dots Zn 0.5 Cd 0.5 S, containing 10 wt. % Ni (Cat1), and for comparison on the known TiO 2 /Al 2 O 3 catalyst containing 3 wt. % Pt from TiO 2 .
Фотокаталитическое окисление бензилтиола на TiO2/Al2O3. Катализатор TiO2/Al2O3 предварительно измельчали в агатовой ступке. В сосуд Шленка объемом 25 мл загружали 50 мг катализатора TiO2/Al2O3, ацетонитрил 3 мл, BnSH 47 мкл (0,4 ммоля) и 30 мкл водного раствора (H2PtCl6)*6H2O с содержанием Pt 1,0 мг/мл. Закупоривали сосуд Шленка пробкой. Охлаждали жидким азотом до твердого состояния, откачивали воздух вакуумным насосом, отключали от вакуумной линии и нагревали до комнатной температуры. Повторяли последовательность действий 3 раза и в конце заполняли сосуд аргоном. Освещали УФ светом 360 нм под лампой 9 Вт и одновременно перемешивали смесь магнитной мешалкой 4 ч.Photocatalytic oxidation of benzylthiol on TiO 2 /Al 2 O 3 . The TiO 2 /Al 2 O 3 catalyst was pre-ground in an agate mortar. A 25 ml Schlenk vessel was loaded with 50 mg of TiO 2 /Al 2 O 3 catalyst, 3 ml of acetonitrile, 47 µl of BnSH (0.4 mmol) and 30 µl of an aqueous solution of (H 2 PtCl 6 )*6H 2 O containing Pt 1 .0 mg/ml. The Schlenk vessel was sealed with a stopper. Cooled with liquid nitrogen to a solid state, pumped out the air with a vacuum pump, disconnected from the vacuum line and heated to room temperature. The sequence of actions was repeated 3 times and at the end the vessel was filled with argon. The mixture was illuminated with UV light at 360 nm under a 9 W lamp, and the mixture was simultaneously stirred with a magnetic stirrer for 4 hours.
После завершения реакции в сосуд добавляли внутренний стандарт - декан, 30 мкл, жидкость отделяли от осадка на центрифуге и определяли содержание и соответственно конверсию тиола методом газо-жидкостной хроматографии. Измерения проводили на хроматографе Цвет 800, оборудованном пламенно-ионизационным детектором и капиллярной колонкой Oribond OV-1 длиной 25 м и диаметром 0,32/0,44 мм, газ-носитель - гелий. Анализ проводили в изотермическом режиме при температуре колонок 100°С.After completion of the reaction, an internal standard, decane, 30 μl, was added to the vessel, the liquid was separated from the sediment in a centrifuge, and the content and, accordingly, the conversion of thiol were determined by gas-liquid chromatography. The measurements were carried out on a Tsvet 800 chromatograph equipped with a flame ionization detector and an Oribond OV-1 capillary column 25 m long and 0.32/0.44 mm in diameter, the carrier gas was helium. The analysis was carried out in isothermal mode at a column temperature of 100°C.
Объем пробы 0,5 мкл. Конверсия тиола составила 11.0±3,5%. Средняя скорость окисления - 2,8 ммоль/(час⋅г).Sample volume 0.5 µl. The thiol conversion was 11.0±3.5%. The average oxidation rate is 2.8 mmol/(hour⋅g).
Фотокаталитическое окисление бензилтиола на Zn0,5Cd0,5S/Al2O3 (Кат1) Катализатор Zn0,5Cd0,5S/Al2O3 (квантовые частицы содержат 10% никеля) в виде кусков размерами до 5 мм измельчали в агатовой ступке до состояния порошка. В сосуд Шленка объемом 25 мл загружали 10 мг катализатора Zn0,5Cd0,5S/Al2O3, ацетонитрил 3 мл и BnSH 47 мкл (0,4 ммоля). Закупоривали сосуд Шленка пробкой. Эксперимент проводили как в инертной атмосфере, так и на воздухе. Удаление воздуха проводили следующим образом. Охлаждали жидким азотом до твердого состояния, откачивали воздух вакуумным насосом, отключали от вакуумной линии и нагревали до комнатной температуры. Повторяли последовательность действий 3 раза и в конце заполняли сосуд аргоном. Освещали УФ светом 360 нм под лампой 9 Вт и одновременно перемешивали смесь магнитной мешалкой 4 ч. Жидкость отделяли от осадка на центрифуге и исследовали на хроматографе. Конверсия бензилтиола в инертной атмосфере составила 83±1%, на воздухе - 90±1%. Средняя скорость окисления составила соответственно 202 и 219 ммоль/(час⋅г).Photocatalytic oxidation of benzylthiol on Zn 0.5 Cd 0.5 S/Al 2 O 3 (Cat1) Catalyst Zn 0.5 Cd 0.5 S/Al 2 O 3 (quantum particles contain 10% nickel) in the form of pieces up to 5 sizes mm were ground in an agate mortar to a powder. A 25 ml Schlenk vessel was loaded with 10 mg of Zn 0.5 Cd 0.5 S/Al 2 O 3 catalyst, 3 ml acetonitrile and 47 μl BnSH (0.4 mmol). The Schlenk vessel was sealed with a stopper. The experiment was carried out both in an inert atmosphere and in air. Air was removed as follows. Cooled with liquid nitrogen to a solid state, pumped out the air with a vacuum pump, disconnected from the vacuum line and heated to room temperature. The sequence of actions was repeated 3 times and at the end the vessel was filled with argon. The mixture was illuminated with UV light at 360 nm under a 9 W lamp and simultaneously stirred with a magnetic stirrer for 4 hours. The liquid was separated from the sediment in a centrifuge and examined on a chromatograph. The conversion of benzylthiol in an inert atmosphere was 83±1%, in air - 90±1%. The average oxidation rate was 202 and 219 mmol/(hour⋅g), respectively.
Таким образом, предлагаемый способ обеспечивает получаемому фотокатализатору на основе высокопористого наноструктурированного монолитного оксида алюминия, инкрустированного неагломерированными квантовыми точками Zn0,5Cd0,5S, допированными никелем, высокую фотокаталитическую активность, что позволит использовать его в различных фотокаталитических процессах.Thus, the proposed method provides the resulting photocatalyst based on highly porous nanostructured monolithic aluminum oxide inlaid with non-agglomerated Zn 0.5 Cd 0.5 S quantum dots doped with nickel, high photocatalytic activity, which will allow its use in various photocatalytic processes.
Claims (7)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2808200C1 true RU2808200C1 (en) | 2023-11-24 |
Family
ID=
Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2092437C1 (en) * | 1995-12-19 | 1997-10-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Конверсцентр" | Method of preparation of aluminium oxide aerogel |
| RU2175888C2 (en) * | 1998-09-09 | 2001-11-20 | Кореа Рисерч Инститьют Оф Кемикэл Технолоджи | Cds-photocatalyst for producing hydrogen, its preparing and method of producing hydrogen using its |
| RU2175887C2 (en) * | 1998-09-09 | 2001-11-20 | Кореа Рисерч Инститьют Оф Кемикэл Технолоджи | Novel zns-photocatalyst, its preparing and method of producing hydrogen using its |
| RU2199390C2 (en) * | 2000-02-22 | 2003-02-27 | Кореа Рисерч Инститьют Оф Кемикэл Технолоджи | Water-decomposition photocatalyst containing cations cdznms, preparation thereof, and a hydrogen-generation method utilizing this catalyst |
| RU2305659C2 (en) * | 2005-08-30 | 2007-09-10 | Радомир Шамильевич Асхадуллин | Method of production of the amorphous mesoporous aerogel of the aluminum hydroxide with the laminated-fibrous microstructure |
| US20090092539A1 (en) * | 2007-10-05 | 2009-04-09 | Industrial Technology Research Institute | Preparation method of white light quantum dot |
| US7799385B2 (en) * | 2002-11-21 | 2010-09-21 | Commissariat A L'energie Atomique | Method of preparation of monolithic hydrated aluminas, amorphous or crystalline aluminas, aluminates and composite materials by oxidation of aluminium or of an aluminium alloy |
| CN105802629A (en) * | 2014-12-31 | 2016-07-27 | 比亚迪股份有限公司 | Blue-green luminescent quantum dots and preparation method therefor |
| RU2607405C2 (en) * | 2015-03-06 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" | Method for synthesis of semiconductor nanoparticles |
Patent Citations (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2092437C1 (en) * | 1995-12-19 | 1997-10-10 | Товарищество с ограниченной ответственностью "Конверсцентр" | Method of preparation of aluminium oxide aerogel |
| RU2175888C2 (en) * | 1998-09-09 | 2001-11-20 | Кореа Рисерч Инститьют Оф Кемикэл Технолоджи | Cds-photocatalyst for producing hydrogen, its preparing and method of producing hydrogen using its |
| RU2175887C2 (en) * | 1998-09-09 | 2001-11-20 | Кореа Рисерч Инститьют Оф Кемикэл Технолоджи | Novel zns-photocatalyst, its preparing and method of producing hydrogen using its |
| RU2199390C2 (en) * | 2000-02-22 | 2003-02-27 | Кореа Рисерч Инститьют Оф Кемикэл Технолоджи | Water-decomposition photocatalyst containing cations cdznms, preparation thereof, and a hydrogen-generation method utilizing this catalyst |
| US7799385B2 (en) * | 2002-11-21 | 2010-09-21 | Commissariat A L'energie Atomique | Method of preparation of monolithic hydrated aluminas, amorphous or crystalline aluminas, aluminates and composite materials by oxidation of aluminium or of an aluminium alloy |
| RU2305659C2 (en) * | 2005-08-30 | 2007-09-10 | Радомир Шамильевич Асхадуллин | Method of production of the amorphous mesoporous aerogel of the aluminum hydroxide with the laminated-fibrous microstructure |
| US20090092539A1 (en) * | 2007-10-05 | 2009-04-09 | Industrial Technology Research Institute | Preparation method of white light quantum dot |
| CN105802629A (en) * | 2014-12-31 | 2016-07-27 | 比亚迪股份有限公司 | Blue-green luminescent quantum dots and preparation method therefor |
| RU2607405C2 (en) * | 2015-03-06 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Тверской государственный университет" | Method for synthesis of semiconductor nanoparticles |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| DAN CHEN et al., Nickel hydroxide as a non-noble metal co-catalyst decorated on Cd0,5Zn0,5S solid solution for enhanced hydrogen evolution, RSC Adv., 2021, 11, pp. 20479-20485. * |
| СВЕТЛАКОВА А.В. и др., Исследование фотокаталитической антимикробной активности нанокомпозитов на основе TiO2-Al2O3 при воздействии светодиодного излучения (405 nm) на стафилококки, Оптика и спектроскопия, 2021, т. 129, вып. 6, сс. 736-737. * |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Li et al. | Synthesis of nanoparticles via solvothermal and hydrothermal methods. 12 | |
| JP5920478B2 (en) | Composite photocatalyst and photocatalyst material | |
| Yang et al. | Control of the formation of rod-like ZnO mesocrystals and their photocatalytic properties | |
| Han et al. | Controlled synthesis of double-shelled CeO 2 hollow spheres and enzyme-free electrochemical bio-sensing properties for uric acid | |
| Mousavi-Kamazani | Facile hydrothermal synthesis of egg-like BiVO 4 nanostructures for photocatalytic desulfurization of thiophene under visible light irradiation | |
| Duo et al. | One-step hydrothermal synthesis of ZnO microflowers and their composition-/hollow nanorod-dependent wettability and photocatalytic property | |
| Ma et al. | Mesoporous SrTiO 3 nanowires from a template-free hydrothermal process | |
| Esmaili et al. | Preparation and characterization of ZnO nanocrystallines in the presence of an ionic liquid using microwave irradiation and photocatalytic activity | |
| CN109761216A (en) | A kind of general, method that porous carbon materials are prepared based on organic zinc salt | |
| CN112063183A (en) | Three-dimensional ordered structure with semiconductor and MOF framework space complementary, and preparation method and application thereof | |
| Rahmatolahzadeh et al. | Cu and CuO nanostructures: facile hydrothermal synthesis, characterization and photocatalytic activity using new starting reagents | |
| Kitsou et al. | Synthesis and characterization of ceria-coated silica nanospheres: Their application in heterogeneous catalysis of organic pollutants | |
| Latifi et al. | Rice-like Ag/Al 2 O 3 nanocomposites preparation from AlOOH nanostructures synthesized via a facile hydrothermal route for azo dyes photocatalytic degradation and Pb 2+ adsorption | |
| EP0425252A1 (en) | Metal oxide porous ceramic membranes with small pore sizes | |
| RU2808200C1 (en) | METHOD FOR PRODUCING PHOTOCATALYST BASED ON HIGHLY POROUS NANOSTRUCTURED MONOLITHIC ALUMINUM OXIDE LINED WITH NON-AGGLOMERATED QUANTUM DOTS, AND METHOD FOR SYNTHESIZING Zn0.5Cd0.5S QUANTUM DOTS | |
| Tian et al. | Ionic‐Liquid‐Modified Porous Au/CeMnOx Nanorods for Methyl Methacrylate (MMA) Synthesis via Direct Oxidative Esterification | |
| US8075867B2 (en) | Method for manufacturing a nanoporous framework and a nanoporous framework thus produced | |
| Gopinath et al. | Improved catalytic performance of cobalt oxide for selective oxidation of benzyl alcohol | |
| Sui et al. | Sol–gel synthesis of 2-dimensional TiO 2: self-assembly of Ti–oxoalkoxy–acetate complexes by carboxylate ligand directed condensation | |
| KR100488100B1 (en) | Mesoporous transition metal oxide thin film and powder and preparation thereof | |
| WO2023232717A1 (en) | Method for producing zeolitic imidazolate framework (zif) crystals and coatings | |
| Qiu et al. | Praseodymium Oxide Improving the Activity of a Silver-Loaded Calcium Titanate Photocatalyst for Carbon Dioxide Reduction with Water | |
| Chen et al. | Synthesis and photocatalytic performance of nano-CeO2 by a PVP-assisted microwave interface method for organic dye degradation | |
| Marra et al. | Structural and photocatalytic properties of sol–gel-derived TiO2 samples prepared by conventional and hydrothermal methods using a low amount of water | |
| JP2006225178A (en) | Method for producing carbon-containing metal oxide |