Mil-101 Metal Organic Framework Stabilized Palladium(0) Nanoclusters: Synthesis, Characterization and Investigation of Their Catalytic Performance in the Methanolysis of Ammonia-Borane

Abstract

Metal organik kafes yapısında kararlı Pd(0) nanokümeleri (Pd@MIL-101) çözelti fazından emdirme-indirgeme yöntemiyle hazırlandı. Elde edilen Pd@MIL-101malzemesinin tanımlanması ICP-OES, EA, P-XRD, XPS, DR-UV-vis, BFTEM, HRTEM, STEM-EDX ve N2-adsorpsiyon-desorpsiyon gibi ileri analitiksel yöntemler kullanılarak gerçekleştirildi. Yapılan tanımlama sonuçları bize ortalama parçacık boyutları 5.6 ± 2.2 nm olan Pd(0) nanokümelerinin MIL-101 yapısında oluştuğunu göstermiştir. Pd@MIL-101'in katalitik performansı, etkinlik ve kararlılık açısından uygun koşullar altında (25 °C'de) amonyak-boranın (NH3BH3) metanoliz tepkimesinde incelendi. Pd@MIL-101 katalizörü yüksek dönüşümde (>% 95) ve 1748 sa-1 çevrim frekansı ile amonyak-boranın metanoliz tepkimesini katalizlediğini tespit ettik. Ayrıca, MIL-101 destekli paladyum nanokümelerinin sızma ve sinterleşmeye karşı oldukça kararlı olduğu bulundu, bu da Pd@MIL-101 katalizörünün etkinliğini kaybetmeksizin amonyak-boran metanoliz tepkimesinde tekrar kullanılabilir heterojen katalizör olduğunu göstermektedir.

Palladium(0) nanoclusters stabilized by metal-organic framework (Pd@MIL-101) were prepared by wet-impregnation followed by simultaneous reduction with sodium borohydride at room temperature. The characterization of the resulting Pd@MIL-101 material was done by using multi-pronged analyses including ICP-OES, EA, P-XRD, XPS, DR-UV–vis, BFTEM, HRTEM, STEM-EDX and N2 adsorption–desorption technique, which revealed that the formation of palladium(0) nanoclusters (5.6 ± 2.2 nm) within the framework of MIL-101 by keeping the host framework intact (Pd@MIL-101). The catalytic performance of Pd@MIL-101 in terms of activity and stability was demonstrated in the methanolysis of ammonia-borane (NH3BH3) under mild conditions (at 25 °C). We found that Pd@MIL-101 catalyst catalyzes the methanolysis of ammonia-borane at almost complete conversion (> 95%) with a turnover frequency value of 1748 h-1 at room temperature. Moreover, the resulting palladium nanoclusters were found to be highly stable against leaching and sintering, which makes Pd@MIL-101 reusable heterogeneous catalyst without losing of significant activity in the methanolysis of ammonia-borane.