Регистрация / Вход
Прислать материал

Сравнение каталитических свойств Pt-Ni и Pt-Co порошков, полученных из двойных комплексов в гидротермальных условиях.

Сведения об участнике
ФИО
Хабарова Дарья Сергеевна
Вуз
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королёва
Тезисы (информация о проекте)
Область наук
Новые материалы. Производственные технологии и процессы
Раздел области наук
Нанотехнологии
Тема
Сравнение каталитических свойств Pt-Ni и Pt-Co порошков, полученных из двойных комплексов в гидротермальных условиях.
Резюме
Из водных растворов двойных комплексов [Co(NH3)5Cl][PtCl4] и [Ni(NH3)6][PtCl4] в автоклавных условиях были получены порошкообразные продукты. По результатам сканирующей электронной микроскопии, энергодисперсионного рентгеновского анализа и оптико-эмиссионной спектрометрии с индуктивно связанной плазмой был сделан вывод, что продукты автоклавного термолиза представляют собой гидратированные оксиды кобальта или никеля с восстановленными на них частицами металлической платины. Установлено, что полученные порошки проявляют каталитическую активность в реакции разложения пероксида водорода, причем скорость реакции на Pt/NiO•xH2O в два раза выше, чем на Pt/CoO•xH2O.
Ключевые слова
двойные комплексные соединения, автоклавный термолиз, катализаторы, платина, никель, кобальт.
Цели и задачи
Цель работы заключалась в исследовании морфологии и сравнении каталитических свойств продуктов, полученных разложением двойных комплексов платины и цветных металлов (Co, Ni) в гидротермальных условиях.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
синтезировать исходные двойные комплексные соединения;
провести разложение комплексов в автоклавных условиях;
исследовать порошкообразные продукты;
провести сравнительные каталитические испытания.
Введение

В современной нефтеперерабатывающей и химической промышленности доминируют каталитические процессы, в которых используются нанесенные катализаторы. Эксплуатационные свойства таких катализаторов определяются не только химическим составом компонентов, но и геометрией, как носителя, так и каталитических центров. В свою очередь геометрия каталитических центров зависит от выбора соединения-предшественника и способа превращения этого соединения в каталитически активную фазу.

В работе в качестве соединений-предшественников выбраны двойные комплексные соединения [Co(NH3)5Cl][PtCl4] и [Ni(NH3)6][PtCl4].

Способ превращения основан на восстановлении в гидротермальных условиях платиновых и цветных металлов. 

Методы и материалы

В работе использовались продажные реактивы H2[PtCl6], NiCl2∙6H2O и Со(NO3)2•6H2O, из которых путем последовательных синтезов по известным методикам были получены K2[PtCl4], [Ni(NH3)6]Cl2и [Co(NH3)5Cl]Cl2.

Реакцией обмена тетрахлороплатинита калия и соответствующих аммиачных комплексов кобальта (III) и никеля (II) были получены двойные комплексы тетрахлороплатинат (II) хлоропентамминкобальта (III) и тетрахлороплатинат (II) гексамминникеля (II).

Для проведения автоклавного эксперимента во фторопластовый вкладыш наливали насыщенный раствор одного из комплексов, рН раствора варьировали в интервале 7-9, добавляя по необходимости КОН. Проводили деаэрацию раствора путём вакуумирования и последующего насыщения азотом. Автоклав герметизировали и нагревали с перемешиванием до 190°C, выдерживали при данной температуре 150 минут.

Порошкообразные продукты термолиза исследовали с помощью растрового электронного микроскопа Tescan Vega с энергодисперсионным микроанализатором Inga Energy. Химический состав определяли методом оптико-эмиссионной спектрометрии c  индуктивно связанной плазмой на спектрометре Analytik Jena Plasma Quant PQ9000.

Каталитические свойства полученных порошков исследовали в реакции разложения пероксида водорода. Эксперимент проводили в стеклянном термостатируемом реакторе, куда помещали 3 мл 0,5 М раствора Н2О2 и навеску катализатора. С помощью автоматизированного датчика объема газа фиксировали по времени объём выделяющегося кислорода.

Описание и обсуждение результатов

Продукты автоклавного термолиза двойных солей представляют собой дисперсные порошки темного цвета. На электронных изображениях видно, что платина, восстанавливаясь, как из двойного комплекса с Со, так и с Ni, образует металлические частицы двух видов: гладкие сферические и с дендридными отростками. Диаметр частиц 0,5-2 мкм, а толщина дендримеров порядка 100 нм. Сравнение электронных изображений и результатов рентгеновского микроанализа указывает на то, что формирование порошка начинается с образования частиц оксидов цветных металлов, на которых затем происходит восстановление металлических частиц платины. Следует отметить, что поверхность частиц оксида кобальта плотная, тогда как поверхность оксида никеля более развита.

Данные по элементному составу продуктов, полученные методами рентгеновского микроанализа и оптико-эмиссионной спектрометрии, согласуются. Состав продуктов практически не зависит от pH исходного раствора. Атомное содержание платины в два раза меньше кобальта или никеля, тогда как в исходных комплексах они содержались в равных мольных количествах. Высокое содержание кислорода в продуктах от 15 до 50% масс., по-видимому, связано с образованием гидратированных оксидов никеля или кобальта.

Для определения каталитических свойств порошков их испытывали в реакции разложения пероксида водорода. За каталитическую активность принимали скорость образования кислорода (моль·с-1), отнесенную к массе образца (г). Активность порошка Pt/NiO•xH2O равна 0,07 моль·с-1·г-1, что в два раза превышает активность порошка Pt/CoO•xH2O, равную 0,038 моль·с-1·г-1. Такое различие можно объяснить большей удельной поверхностью продукта автоклавного термолиза комплекса [Ni(NH3)6][PtCl4].

Проведенные исследования и полученные результаты могут быть положены в основу метода синтеза нанесенных многокомпонентных катализаторов. 

Используемые источники
1 Печенюк С.И., Домонов Д.П. //Ж. структурной химии. 2011. Т. 52. № 2. С. 419-435
2 Belousov O.V., Sirotina A.V., Belousova N.V.// J. of Siberian Federal University. Engineering & Technologies. 2014. V. 2. № 7. Р. 138-145
3 С.В. Коренев, А.Б. Венедиктов, Ю.В. Шубин, С.А. Громилов, К.В. Юсенко// Ж. Структурной химии. 2003. Т. 44. № 1. С. 58-73
4 Синтез комплексных соединений металлов платиновой группы: справочник/ под ред. Черняева И.И. М.: Наука, 1964. С. 9
5 Руководство по неорганическому синтезу: В 6-ти т. Т. 5: Пер. с нем./ Под ред. Г. Брауэра. М.: Мир, 1985. С. 1780, 1789
6 Карякин Ю.В., Ангелов И.И. Чистые химические вещества. М.: Химия, 1974. С. 213
7 Жилин Д.М. Общая химия. Практикум L-Микро. Руководство для студентов. М.: Наука, 2006. С. 56-57
Information about the project
Surname Name
Khabarova Daria
Project title
Comparison of the catalytic properties of Pt-Ni and Pt-Co powders prepared from binary complexes under hydrothermal conditions.
Summary of the project
Powders was prepared under autoclave conditions from binary complexes [Co(NH3)5Cl][PtCl4] and [Ni(NH3)6][PtCl4] water solutions. Products of autoclave thermolysis were characterized by the transmission electron microscopy (TEM), the energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and the inductively coupled plasma optical emission spectrometry (ICP-OES). They are hydrated oxides of cobalt or nickel with the reduced to their metallic platinum particles. It was found that the obtained powders exhibit essential catalytic activity in the reaction of hydrogen peroxide decomposition. The speed of reaction on Pt/NiO•xH2O twice than the Pt/CoO•xH2O.
Keywords
binary complexes, autoclave thermolysis, catalysts, platinum, nickel, cobalt.