33158

سنتز نانوذرات سيليكاي رشته‌اي (KCC-1)و اصلاح سطح آن با نانوذرات طلا جهت كاهش تركيبات نيترو

كارشناسي ارشد

شيمي- نانوشيمي

1401

1403/11/21

صادق رستم نيا - مجتبي حسيني فرد

/

شيمي

تركيبات نيتروآروماتيك مانند 4-نيتروفنول (4-NP) كه به طور گسترده در پساب هاي صنعتي و كشاورزي يافت ميشوند، به دليل سميت و حلاليت بالا، تهديدي جدي براي محيط زيست و سلامت انسان مي باشند. از اين رو، ما يك استراتژي كارآمد و آسان براي سنتز بستر نانوذرات سيليكاي رشته‌اي (KCC-1) اصلاح شده با گروه‌هاي عاملي تيول جهت تثبيت نانوذرات طلا براي كاهش تركيبات نيتروآروماتيك به عنوان آلاينده‌هاي محيط زيستي گزارش داده‌ايم. در اين پژوهش، نانوذرات سيليكاي رشته اي (KCC-1) با ساختار منحصربه فرد و سطح ويژه بالا (m²/g 619) سنتز شد و با اصلاح سطح توسط گروه هاي تيول (-SH)، به عنوان بستري پايدار براي تثبيت نانوذرات طلا (Au NPs) استفاده گرديد. تصويربرداري هاي SEM و TEM تأييد كرد كه ساختار فيبري KCC-1 امكان پراكندگي يكنواخت نانوذرات طلا با اندازه 3 تا 5 نانومتر را فراهم ميكند. از آنجايي كه توزيع و اندازه نانوذرات طلا نقش اساسي در فعاليت كاتاليزگري آن دارد؛ در اين مطالعه، علاوه بر اصلاح سطح KCC-1 با نسبت‌هاي مخلتف گروه‌هاي SH جهت بررسي مقدار بارگذاري و تاثير آن بر واكنش كاتاليستي، از روش‌هاي متفاوت براي بارگذاري نانوذرات طلا براي دستيابي به كوچكترين اندازه اين نانوذرات و توزيع يكنواخت آن ها استفاده شد. همچنين مشاهده شد گروه هاي SH خود به تنهايي توانايي كاهش يون هاي طلا تثبيت شده بر روي سطح به نانوذرات طلا را بدون حضور عامل كاهنده 4NaBH دارند كه اين ادعا در مطالعات اخير بررسي شده است. اصلاح سطح اين خانواده از نانو مواد با مقادير متفاوتي از گروه هاي تيول، نه تنها از تجمع نانوذرات جلوگيري كرد، بلكه بارگذاري بهينه طلا را ممكن ساخت. كاتاليست(2)Au@KCC-1-SH در حضور NaBH₄، كاهش كامل 4-NP به 4-آمينوفنول (4-AP) را تنها در 10 دقيقه با ثابت سرعت چشمگير 0.418 بر دقيقه انجام داد. اين كاتاليست حتي پس از 5 چرخه استفاده متوالي ، بيش از 90% بازده اوليه را حفظ كرد كه دليل آن پيوندهاي كووالانسي قوي Au-S و ساختار مقاوم فيبري KCC-1 است. مطالعات مكانيسمي نشان داد واكنش از مكانيسم لانگموير-هينشل وود پيروي ميكند. نانوكاتاليزگرهاي سنتز شده از طريق آناليز هاي متعدد از جمله طيف سنجي مادون قرمز، آناليز جذب-واجذب نيتروژن، ميكروسكوپ الكتروني عبوري و روبشي، پراش اشعه ايكس و ... مورد بررسي و شناسايي قرار گرفتند. تركيب ساختار فيبري، گروه هاي تيول و نانوذرات طلا، نوآوري كليدي اين مطالعه در جهت توسعه سامانه هاي كاتاليستي پايدار است.

1403/12/26

Synthesis of Dendritic Fibrous Nanosilica (KCC-1) and their surface modification with gold nanoparticles to reduction of 4-nitrophenol

2/9/2026 12:00:00 AM

Nitroaromatic compounds such as 4-nitrophenol (4-NP), which are widely found in industrial and agricultural wastewaters, pose a serious threat to the environment and human health due to their toxicity and high solubility. Hence, we report an efficient and facile strategy to synthesize a thiol-functionalized fibrous silica nanoparticle (KCC-1) substrate for immobilization of gold nanoparticles to reduce nitroaromatic compounds as environmental pollutants. In this study, fibrous silica nanoparticles (KCC-1) with a unique structure and high specific surface area (619 m²/g) were synthesized and used as a stable substrate for immobilization of gold nanoparticles (Au NPs) by surface modification with thiol groups (-SH). SEM and TEM analysis confirmed that the fibrous structure of KCC-1 allows for uniform dispersion of gold nanoparticles with a size of 3–5 nm. Since the distribution and size of gold nanoparticles play a fundamental role in its catalytic activity; in this study, in addition to modifying the KCC-1 surface with different ratios of SH groups to investigate the loading amount and its effect on the catalytic reaction, different methods were used to load gold nanoparticles to achieve the smallest size of these nanoparticles and their uniform distribution. It was also observed that the SH groups themselves alone have the ability to reduce gold ions immobilized on the surface to gold nanoparticles without the presence of the reducing agent NaBH₄, which has been investigated in recent studies. Surface modification of this family of nanomaterials with different amounts of thiol groups not only prevented the aggregation of nanoparticles but also enabled optimal gold loading. The catalyst Au@KCC-1-SH-2 in the presence of NaBH₄ performed the complete reduction of 4-NP to 4-aminophenol (4-AP) in only 10 min with an impressive rate constant of 0.418 min-1. This catalyst maintained more than 90% of the initial efficiency even after 5 consecutive cycles of use, which is due to the strong covalent Au-S bonds and the robust fibrous structure of KCC-1. Mechanistic studies showed that the reaction follows the Langmuir-Hinschel-Wood mechanism. The synthesized nanocatalysts were investigated and characterized through multiple analyses, including infrared spectroscopy, nitrogen adsorption-desorption analysis, transmission and scanning electron microscopy, X-ray diffraction, etc. The combination of the fibrous structure, thiol groups, and gold nanoparticles is the key innovation of this study towards the development of stable catalytic systems.

نانوذرات سيليكاي رشته اي , لينكر آلي , نانوذرات طلا , احيا 4-نيتروفنول

Dendritic Fibrous Nanosilica , organic linker , gold nanoparticles , 4-nitrophenol reduction

Tannaz Mahmoudi

Sadegh Rostamnia - Mojtaba hosseinifard