ПРАЦІ НАУКОВОГО ТОВАРИСТВА ім. ШЕВЧЕНКА

Хімічні науки

Архів / Том LXXIII 2023

Лілія БАЗИЛЯК*1, Павло ЛЮТИЙ2,3, Ярослав ПІЛЮК1, Ірина БАЛАШОВА1, Мар’яна ШЕПІДА3, Галина ЗОЗУЛЯ3, Орест КУНТИЙ3, Андрій КИЦЯ1,2

1Відділення фізико-хімії горючих копалин Інституту фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М. Литвиненка Національної академії наук України, вул. Наукова, 3а, 79060 Львів, Україна
e-mail: bazylyak.liliya@gmail.com

2Фізико-механічний інститут ім. Г. В. Карпенка Національної академії наук України, вул. Наукова, 5, 79060 Львів, Україна

3Національний університет «Львівська політехніка», вул. Ст. Бандери, 12, 79013 Львів, Україна

DOI: https://doi.org/10.37827/ntsh.chem.2023.73.068

СИНТЕЗ БІМЕТАЛЕВИХ НАНОСТРУКТУР Ni(Pd) ТА ЇХНЯ КАТАЛІТИЧНА АКТИВНІСТЬ У ПРОЦЕСАХ ВІДНОВЛЕННЯ п-НІТРОФЕНОЛУ

За методом гальванічного заміщення синтезовано біметалеві наноструктури Ni(Pd). Структура і фазовий склад отриманих наносистем Ni(Pd) досліджені з використанням методів SEM, EDX та порошкової дифракції Х-променів (Х-променевий аналіз). Підтверджено, що елементний склад отриманих бінарних наноструктур збігається зі складом реакційної суміші, а отримані нанокомпозити практично не містять домішок оксидів/гідроксидів нікелю.
Досліджена каталітична активність синтезованих біметалевих наночастинок Ni(Pd) на прикладі реакції відновлення п-нітрофенолу розчином NaBH4. Виявлено, що у всіх випадках процес відновлення п-нітрофенолу NaBH4 в присутності наночастинок Ni(Pd) як каталізатора описується кінетичним рівнянням першого порядку за п-нітрофенолом. Доведено, що декорування наночастинок нікелю (Ni) паладієм (Pd) значно підвищує їхню каталітичну активність. Швидкість відновлення п-нітрофенолу в присутності Ni(Pd) майже вдвічі вища порівняно з відомими з літератури ефективними каталітичними системами, тобто такі наносистеми можна вважати перспективним матеріалом для розроблення нових типів магнітосепарабельних каталізаторів процесів отримання аміноароматичних сполук.

Ключові слова: біметалеві наночастинки, нікель, паладій, каталіз.

Література:

    1. Alonso F. Nickel nanoparticles in hydrogen-transfer reductions: Characterisation and nature of the catalyst. Appl. Catal., A. 2010. Vol. 378. P. 42–51. (https://doi.org/10.1016/j.apcata.2010.01.044).
    2. Inokawa H. Catalysis of nickel nanoparticles with high thermal stability for ammonia decomposition. Appl. Catal., A. 2015. Vol. 491. P. 184–188. (https://doi.org/10.1016/j.apcata.2014.12.004).
    3. Kytsya A., Berezovets V., Verbovytskyy Y., Bazylyak L., Kordan V., Zavaliy I., Yartys V. Bimetallic Ni–Co nanoparticles as an efficient catalyst of hydrogen generation via hydrolysis of NaBH4. J. Alloys Compd. 2022. Vol. 908. Art. 164484 (9 p. p.). (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.164484).
    4. Jiang Z. Modifiers-assisted formation of nickel nanoparticles and their catalytic application to p-nitrophenol reduction. CrystEngComm. 2013. Vol. 15. P. 560–569. (https://doi.org/10.1039/C2CE26398J).
    5. Tang C., Zhang R., Lu W., Wang Z., Liu D., Hao S., Du G., Asiri A.M., Sun X. Energy-saving electrolytic hydrogen generation: Ni2P nanoarray as a high performance non-noble metal electrocatalyst. Angew. Chem. Int. Ed. 2017. Vol. 56(3). P. 842–846. (https://doi.org/10.1002/anie.201608899).
    6. Márquez-Montes R.A., Kawashima K., Vo K.M., Chávez-Flores D., Collins-Martínez V.H., Mullins C.B. & Ramos-Sánchez V.H. Simultaneous sulfite electrolysis and hydrogen production using Ni foam–based three-dimensional electrodes. Environ. Sci. Technol. 2020. Vol. 54(19). P. 12511–12520. (https://doi.org/10.1021/acs.est.0c04190).
    7. Liu D., Liu T., Zhang L., Qu F., Du G., Asiri A. M., Sun X. High-performance urea elec-trolysis towards less energy-intensive electrochemical hydrogen production using a bifunctional catalyst electrode. J. Mater. Chem. A. 2017. Vol. 5(7). P. 3208–3213. (https://doi.org/10.1039/C6TA11127K).
    8. Wang G., Wen Z. Self-supported bimetallic Ni–Co compound electrodes for urea- and neu¬tralization energy assisted electrolytic hydrogen production. Nanoscale. 2018. Vol. 10(45). P. 21087–21095. (https://doi.org/10.1039/C8NR06740F).
    9. Muthuchamy N., Jang S., Park J.C., Park S., Park K.H. Bimetallic NiPd nanoparticle in-corporated ordered mesoporous carbon as highly efficient electrocatalysts for hydrogen production via overall urea electrolysis. ACS Sustainable Chem. Eng. 2019. Vol. 7(18). P. 15526–15536. (https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.9b03275).
    10. Takanabe K. Titania-supported cobalt and nickel bimetallic catalysts for carbon dioxide reforming of methane. J. Catal. 2005. Vol. 232. P. 268–275. (https://doi.org/10.1016/j.jcat.2005.03.011).
    11. Zhang J. Effects of metal content on activity and stability of Ni–Co bimetallic catalysts for CO2 reforming of CH4. Appl. Catal., A. 2008. Vol. 339. P. 121–129. (https://doi.org/10.1016/j.apcata.2008.01.027).
    12. Yan W. Nickel and cobalt bimetallic hydroxide catalysts for urea electro-oxidation. Electrochim. Acta. 2012. Vol. 61. P. 25–30. (https://doi.org/10.1016/j.electacta.2011.11.044).
    13. Li B. Temperature profile of catalyst bed during oxidative steam reforming of methane over Pt–Ni bimetallic catalysts. Appl. Catal., A. 2006. Vol. 304. P. 62–71. (https://doi.org/10.1016/j.apcata.2006.02.025).
    14. Mu R. Synergetic effect of surface and subsurface Ni species at Pt–Ni bimetallic catalysts for CO oxidation. J. Am. Chem. Soc.. 2011. Vol. 133. P. 1978–1986. (https://doi.org/10.1021/ja109483a).
    15. Ghosh S.K., Mandal M., Kundu S., Nath S., Pal T. Bimetallic Pt–Ni nanoparticles can catalyze reduction of aromatic nitro compounds by sodium borohydride in aqueous solution. Appl. Catal., A. 2004. Vol. 268(1–2). P. 61–66. (https://doi.org/10.1016/j.apcata.2004.03.017).
    16. Uozumi Y., Kobayashi N. Reduction of Nitroarenes with NaBH4 Using Graphene-Supported PdCu Nanoparticles. Synfacts. 2014. Vol. 10(12). P. 1335–1335. (https://doi.org/10.1055/s-0034-1379576).
    17. Patra A.K., Vo N.T., Kim D. Highly robust magnetically recoverable Ag/Fe2O3 nano-catalyst for chemoselective hydrogenation of nitroarenes in water. Appl. Catal., A. 2017. Vol. 538. P. 148–156. (https://doi.org/10.1016/j.apcata.2017.03.007).
    18. Zabielaitė A., Balčiūnaitė A., Stalnionienė I., Lichušina S., Šimkūnaitė D., Vaičiūnienė J., Norkus E. Fiber-shaped Co modified with Au and Pt crystallites for enhanced hydrogen generation from sodium borohydride. Int. J. Hydrogen Energy. 2018. Vol. 43(52). P. 23310–23318. (https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2018.10.179).
    19. Shylesh S., Schunemann V., Thiel W. Magnetically separable nanocatalysts: bridges between homogeneous and heterogeneous catalysis. Angew. Chem., Int. Ed. 2010. Vol. 49(20). Р. 3428-3459. (https://doi.org/10.1002/anie.200905684).
    20. Akselrud L., Grin Y. WinCSD: software package for crystallographic calculations (Version 4). J. App. Crys. 2014. Vol. 47(2). P. 803–805. (https://doi.org/10.1107/S1600576714001058).
    21. Hodges R.J., Pickering W.F. The oxidation of hydrazine by silver (I) oxide. Aust. J. Chem. 1966. Vol. 19(6). P. 981–991. (https://doi.org/10.1071/CH9660981).
    22. Chen J.P., Lim L.L. Key factors in chemical reduction by hydrazine for recovery of pre-cious metals. Chemosphere. 2002. Vol. 49(4). P. 363–370. (https://doi.org/10.1016/S0045-6535(02)00305-3).
    23. Li Z., Han C., Shen J. Reduction of Ni2+ by hydrazine in solution for the preparation of nickel nanoparticles. J. Mater. Sci. 2006. Vol. 41(11). P. 3473–3480. (https://doi.org/10.1007/s10853-005-5874-z).
    24. Hunge Y.M., Yadav A.A., Kang S.W., Kim H. Facile synthesis of multitasking com-posite of Silver nanoparticle with Zinc oxide for 4-nitrophenol reduction, photocatalytic hydrogen production, and 4-chlorophenol degradation. J. Alloys Compd. 2022. Vol. 928. P. 167133. (https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2022.167133).

Як цитувати:

БАЗИЛЯК Л., ЛЮТИЙ П., ПІЛЮК Я., БАЛАШОВА І., ШЕПІДА М., ЗОЗУЛЯ Г., КУНТИЙ О., КИЦЯ А. СИНТЕЗ БІМЕТАЛЕВИХ НАНОСТРУКТУР Ni(Pd) ТА ЇХНЯ КАТАЛІТИЧНА АКТИВНІСТЬ У ПРОЦЕСАХ ВІДНОВЛЕННЯ п-НІТРОФЕНОЛУ. Праці НТШ. Хім. Наук. 2023. Т. LXXIII. С. 68-78.

Завантажити файл