Jul 27, 2023
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Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10123 (2023) Citar este artigo 409 Acessos 1 Detalhes da Altmetric Metrics Os defeitos do ligante perdido do UiO-66 foram explorados para ancorar covalentemente Cu
Scientific Reports volume 13, Artigo número: 10123 (2023) Citar este artigo
409 Acessos
1 Altmétrico
Detalhes das métricas
Os defeitos do ligante perdido do UiO-66 foram explorados para ancorar covalentemente nanoaglomerados de Cu (Cu / UiO-66). As interações moleculares entre os metais e óxidos como interfaces cobre-zircônia em Cu/UiO-66 são essenciais para a catálise heterogênea, levando a notáveis impactos sinérgicos na atividade e na seletividade. O nanocompósito de óxidos metálicos mistos carbonáceos distribuídos homogeneamente (CuO/ZrO2@C) foi preparado via carbonização do Cu/UiO-66 a 600 °C por 3 h ao ar. Para melhorar as propriedades de acidez do nanocompósito CuO/ZrO2@C, uma pequena quantidade de ácido sulfúrico foi adicionada e aquecida a 150 °C sob atmosfera de N2 (CuO/ZrO2-SO3H@C). Os catalisadores Cu/UiO-66 e CuO/ZrO2-SO3H@C sintetizados foram utilizados como novos catalisadores na redução de 4-nitrofenol (4-NP) a 4-aminofenol (4-AP). Os catalisadores Cu/UiO-66 e CuO/ZrO2-SO3H@C apresentaram conversão completa da solução 4-NP durante (4 e 2 min) agitação à temperatura ambiente, respectivamente. Esses dois catalisadores exibiram uma alta taxa de redução de 8,61 × 10–3 s–1 e 18,3 × 10–3 s–1, respectivamente. A análise espectroscópica de fotoelétrons de raios X (XPS) mostrou que a carga dos átomos de cobre no catalisador Cu/UiO-66 era Cu0/CuII e no catalisador CuO/ZrO2-SO3H@C era CuI/CuII com quase a mesma proporção (65 /35). O tamanho das partículas e a composição elementar do catalisador CuO/ZrO2-SO3H@C foram analisados utilizando microscopia eletrônica de transmissão de alta resolução (HR-TEM), e espectroscopia de energia dispersiva de raios X (EDS) e mapeamento elementar, respectivamente. O ponto chave além da alta atividade catalítica e seletividade do catalisador CuO/ZrO2-SO3H@C é tanto a estrutura de heterojunção carbono-óxidos metálicos que leva à boa dispersão do CuO e ZrO2 sobre as folhas de carbono, quanto as propriedades de alta acidez que vêm da combinação entre os sítios ácidos de Brønsted do ácido sulfúrico e os sítios ácidos de Lewis do UiO-66. Os catalisadores apresentaram boa eficiência de reciclabilidade sem perda significativa de atividade, indicando seu bom potencial para aplicações industriais.
Nas interfaces metal-óxido metálico, os limites de fase produzem estruturas eletrônicas distintas, bem como ligação ao substrato, reatividade e atividade catalítica heterogênea . Nanopartículas de Cu suportadas em ZrO2 têm chamado a atenção por sua alta atividade e seletividade para conversão de CO2 em metanol2 e dissociação de hidrogênio2. Recentemente, o nó de óxido atomicamente preciso de uma estrutura metal-orgânica (UiO-66) foi usado como suporte para aglomerados de Cu para garantir a proximidade em nível molecular . O UiO-66 com nós de óxido parcialmente subcoordenados contendo seis cátions Zr é usado como suporte para aglomerados de Cu de nuclearidade variada . Pelo contrário, a dopagem convencional de nanopartículas de Cu sobre suporte de ZrO2 não permite variação controlada da interface e da nuclearidade do metal devido à diversidade inerente da superfície do óxido e à porosidade irregular . Devido às propriedades únicas dos MOFs, como grande área de superfície, porosidade ajustável e uma variedade de estruturas, bem como boas propriedades de superfície, como alta acidez e basicidade. Eles podem ser usados para fabricar nanomateriais de carbono, óxidos metálicos, fosfetos metálicos, calcogenetos metálicos e carbonetos metálicos, entre outros materiais nanoestruturados .
Os compostos nitroaromáticos, como os derivados do nitrofenol, são intermediários críticos em uma variedade de indústrias, medicamentos, fabricação de papel, fungicidas, produtos petroquímicos, pesticidas, explosivos, conservantes, inseticidas, corantes, couro e madeira6,7. No entanto, de acordo com a Agência de Proteção Ambiental dos EUA (EPA), os derivados de nitrofenol, como o 4-nitrofenol (4-NP), são identificados como um tipo de poluente orgânico e poluente não biodegradável8, além disso, os derivados de nitrofenol têm efeitos tóxicos no sistema nervoso sistema, vísceras e sangue de seres humanos e animais9. Para degradar nitrofenóis, vários métodos foram desenvolvidos, incluindo o método eletro-Fenton10, a degradação fotocatalítica11 e o método eletroquímico12. A redução de 4-nitrofenol (4-NP) a 4-aminofenol (4-AP) é uma reação importante , porque o 4-aminofenol é usado para sintetizar vários compostos importantes, como medicamentos, produtos químicos para borracha e corantes .