Pd 나노입자와 십자가로 장식된 자성 벤토나이트

Scientific Reports 13권, 기사 번호: 2001(2023) 이 기사 인용

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측정항목 세부정보

이 연구는 간단하고 비용 효과적인 방법으로 Pd(II) 나노촉매용 디비닐벤젠-폴리비닐 피리딘(PVP-DVB)으로 기능화된 자기적으로 재활용 가능한 벤토나이트를 기반으로 하는 새로운 유형의 지지체 준비를 보고합니다. 첫째, 기존의 공침법은 벤토나이트 시트 위에 Fe3O4 나노입자(NPs)를 합성했습니다. 그런 다음 준비된 자기 지지체 표면을 디비닐벤젠-폴리비닐 피리딘(PVP-DVB)으로 기능화하여 팔라듐과 높은 배위 능력을 갖는 가교 고분자를 생성했습니다. PVP-DVB 폴리머 사슬의 반복되는 질소 단위는 Pd 결합의 수를 증가시켜 나노촉매의 성능을 향상시킵니다. 마지막으로, 팔라듐 NP는 온화한 조건에서 동시에 합성되고 고정되었습니다. 합성된 나노촉매는 주사전자현미경, 투과전자현미경, X선 광전자 분광법, X선 회절, 푸리에 변환 적외선 분광법, 진동 샘플 자력계, 유도 결합 플라즈마 질량 분석법 및 열중량 분석과 같은 여러 방법으로 특성화되었습니다. 합성된 이종 나노촉매의 효율은 다양한 아릴 할라이드(X = Cl, Br, I)와 페닐보론산 간의 스즈키-미야우라 교차 결합 반응 및 4-니트로페놀(4-NP)의 환원에서 조사되었습니다. 또한, 합성된 나노촉매는 쉽게 회수할 수 있으며 90% 이상의 효율로 여러 번 재사용할 수 있습니다.

오늘날 스즈키-미야우라 커플링 반응은 많은 약물, 폴리머 및 천연 제품의 제조에 사용되는 바이아릴 화합물의 합성을 위해 Pd와 같은 금속 나노입자가 있는 상태에서 현대 유기 방법으로 사용됩니다1,2. Suzuki 반응이 인기를 끄는 주된 이유 중 하나는 사용된 재료와 환경 친화적인 용매의 무독성입니다3,4. 이에 따라 최근에는 반응 속도를 높이는 데 있어 최대 효율로 재활용성, 환경 적합성 등 독특한 특성을 지닌 균일 또는 불균일 촉매를 설계하고 합성하는 것이 업계의 주요 관심사 중 하나가 되어 왔습니다5,6. 팔라듐은 고가의 금속이자 커플링 반응의 주요 촉매로 알려져 있습니다. Pd 나노입자는 d층 전자에 대한 쉬운 접근, 뚜렷한 양자 특성, 조정 가능한 크기 등 많은 장점을 가지고 있지만 분리 과정에서 상당한 양이 낭비되기 때문에 균일 촉매로 사용되지 않습니다. 이 문제를 해결하기 위해 일부 지지 화합물7,8,9에서 이종 금속 촉매로 사용됩니다. 친환경 화학의 관점에서 저렴하고 이용 가능하며 환경 친화적인 지지체를 선택하는 것이 매우 중요합니다. 또한, 촉매의 열악한 성능이나 회수율 부족은 지지체와 금속 이온의 약한 상호작용으로 인해 발생할 수 있기 때문에 지지체는 불균일 촉매 제조에 중요한 역할을 합니다. 벤토나이트는 점토의 일종으로 최적의 표면과 구조를 갖춘 천연 무독성 광물 재료로 적합한 지지체이자 동시에 표면에 폴리머와 전이 금속을 유지하는 효과적인 흡착제가 될 수 있습니다.

한편, 산업가들이 널리 사용하는 신흥 오염물질로서 무분별한 수중 니트로방향족 방출은 환경과 인간 건강에 심각한 위협으로 간주됩니다. 니트로방향족인 4-NP는 인간에게 두통, 메스꺼움, 졸음 및 청색증을 유발합니다11,12. 따라서 물에서 4-NP를 제거하기 위해 표면흡착, 막분리, 전기응집, 생물학적 처리 등 다양한 방법이 개발되어 왔지만, 경제적이고 안전성이 뛰어나 가장 잘 알려진 방법은 촉매환원법이라고 할 수 있다. . 이러한 환원 과정에서 얻은 아민은 약물, 고무, 염료 및 항산화제 생산 시 귀중한 원료 또는 중간체입니다13,14.