تثبیت نانوذرههای پالادیم بر سطح نقاط کوانتومی مغناطیسی بر پایه کربن کیتوسان و کارایی کاتالیستی آن در کاهش نیتروآرنها
محورهای موضوعی : شیمی آلی
فاطمه رفیعی
1
,
نیلوفر تاج فر
2
1 - دانشیار گروه شیمی آلی، دانشکده شیمی، دانشگاه الزهرا، تهران، ایران
2 - دانشجوی کارشناسی ارشد شیمی آلی، دانشکده شیمی، دانشگاه الزهرا، تهران، ایران.
کلید واژه: کیتوسان, پالادیم, نقاط کوانتومی مغناطیسی بر پایه کربن, کاهش نیتروآرنها,
چکیده مقاله :
نانوذره های نقاط کوانتومی کربن بر پایه کیتوسان مغناطیسی (Fe3O4@CQD) با کربن شدن زیست بسپار کیتوسان به روش آب گرمایی و سپس، مغناطیسی کردن آن با نانوذره های آهن اکسید (Fe3O4) تهیه شد. سپس در حضور نمک پالادیم کلرید در حلال اتانول تحت شرایط بازروانی بدون استفاده از معرف کاهنده، نانوذره های پالادیم بر سطح نانونقاط کوانتومی کربنی تثبیت شدند و در نهایت نانوکاتالیست Fe3O4@CQD@Pd به دست آمد. نانوکاتالیست تهیه شده با روشهای متفاوت شامل PL، FTIR، FESEM، TEM، EDX، ICP، VSM و XRD شناسایی شد. کارایی این نانوکاتالیست مغناطیسی در واکنش کاهش مشتق های نیتروآرن با استخلافهای الکترون دهنده و الکترون کشنده ارزیابی شد. در حضور نانوکاتالیست تهیه شده، در دمای اتاق و حلال سبز آب و اتانول (1:1)، مشتق های آنیلین استخلاف دار در زمان کوتاه و با بازده عالی به دست آمدند. افزون براین، نانوکاتالیست با یک آهن ربای خارجی جدا و برای چهار چرخه متوالی بدون کاهش در فعالیت کاتالیستی آن دوباره به کارگرفته شد.
Quantum dot carbon nanoparticles based on magnetic chitosan (Fe3O4@CQD) were prepared through hydrothermal carbonization of chitosan biopolymer and then magnetization with iron oxide (Fe3O4) nanoparticles. Then, in the presence of palladium chloride in ethanol as a solvent under reflux conditions without using a reducing agent, palladium nanoparticles were stabilized on the surface of carbon quantum dots, and finally, Fe3O4@CQD@Pd nanocatalyst was obtained. The prepared nanocatalyst was characterized by photoluminescence (PL), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), field emission scanning electron microscopy (FESEM), transmission electron microscopy (TEM), energy dispersive spectroscopy (EDS), Inductively coupled plasma (ICP), Vibrating-sample magnetometry (VSM), and X-ray diffraction (XRD) techniques. The efficiency of this magnetic nanocatalyst was evaluated in the reduction reaction of nitroarene derivatives as environmental pollutants, with electron-donating and electron-withdrawing. In the presence of prepared nanocatalyst, at room temperature, and in H2O:EtOH (1:1) as green solvent, aniline derivatives were obtained in excellent yields at short reaction times. Moreover, the nanocatalyst was separated by applying an external magnet and reused at least for four successive runs without a decrease in its catalytic activity.
[1] Innocenzi P, Stagi L. Carbon dots as oxidantantioxidant nanomaterials, understanding the
structure-properties relationship. A critical
review. Nano Today. 2023;50:101837. doi
:org/10.1016/j.nantod.2023.101837
[2] Barve K, Singh U, Yadav P, Bhatia D.
Carbon-based designer and programmable
fluorescent quantum dots for targeted
biological and biomedical applications.
Materials Chemistry Frontiers. 2023;7(9)
:1781-802. doi: org/10.1039/D2 QM01287A
[3] Cao L, Wang X, Meziani MJ, Lu F, Wang H,
Luo PG, Lin Y, Harruff BA, Veca LM, Murray
D, Xie SY, Sun YP. Carbon dots for
multiphoton bioimaging. Journal of the
American Chemical Society. 2007;129
(37):11318-9. doi: org/10.1021/ja073527l
[4] Wang J, Jiang J, Li F, Zou J, Xiang K, Wang
H, Li Y, Li X. Emerging carbon-based
quantum dots for sustainable photocatalysis.
Green Chemistry. 2023;25(1):32-58. doi:
org/10.1039/D2GC03160D
[5] Wang Q, Huang X, Long Y, Wang X, Zhang
H, Zhu R, et al. Hollow luminescent carbon
dots for drug delivery. Carbon. 2013;59:192-
9. doi: org/10.1016/j.carbon.2013.03.009
[6] Hu S, Liu J, Yang J, Wang Y, Cao S. Laser
synthesis and size tailor of carbon quantum
dots. Journal of Nanoparticle Research.
2011;13:7247–7252. doi: org/10.1007/s11
051-011-0638-y
[7] Bao L, Liu C, Zhang ZL, Pang DW.
Photoluminescence-tunable carbon nanodots:
Surface-state energy-gap tuning. Advanced
Materials. 2015;27:1663-1667. doi: org/10.
1002/adma.201405070
[8] Qiao Z-A, Wang Y, Gao Y, Li H, Dai T, Liu
Y, Huo Q. Commercially activated carbon as
the source for producing multicolor
photoluminescent carbon dots by chemical
oxidation. Chemical Communications. 2010
;46(46):8812-4. doi: org/10.1039/C0C C02
724C
[9] Park SY, Lee HU, Park ES, Lee SC, Lee J-W,
Jeong SW, Kim CH, Lee YC, Huh YS, Lee J.
Photoluminescent green carbon nanodots
from food-waste-derived sources: Large-scale
synthesis, properties, and biomedical
applications. ACS Applied Materials &
Interfaces. 2014;6(5):3365-70. doi: org/10.1
021/am500159p
[10] Zhai X, Zhang P, Liu C, Bai T, Li W, Dai L,
Liu W. Highly luminescent carbon nanodots
by microwave-assisted pyrolysis. Chemical
Communications. 2012;48(64):7955-7. doi:
org/10.1039/C2CC33869F
[11] Chen B, Li F, Li S, Weng W, Guo H, Guo T,
Zhang X, Chen Y, Huang T, Hong X, You
S, Lin Y, Zeng K, Chen S. Large scale
synthesis of photoluminescent carbon
nanodots and their application for
bioimaging. Nanoscale. 2013;5(5):1967-71.
doi: org/10.1039/C2NR32675B
[12] Wang J, Gao M, Ho GW. Bidentate-complexderived TiO2/carbon dot photocatalysts: in
situ synthesis, versatile heterostructures, and
enhanced H 2 evolution. Journal of Materials
Chemistry A. 2014;2(16):5703-9. doi:
org/10.1039/C3TA15114J
[13] Das C, Sillanpää M, Zaidi SA, Khan MA,
Biswas G. Current trends in carbon-based
quantum dots development from solid
wastes and their applications. Environmental
Science and Pollution Research. 2023
;30(16):45528-54. doi: org/10.1007/s11356-
023-25822-y
[14] Mehta VN, Jha S, Kailasa SK. One-pot green
synthesis of carbon dots by using Saccharum
officinarum juice for fluorescent imaging of
bacteria (Escherichia coli) and yeast
(Saccharomyces cerevisiae) cells. Materials
Science and Engineering: C. 2014;38:20-7.
doi: org/10.1016/j.msec.2014.01.038
[15] Gholinejad M, Najera C, Hamed F,
Seyedhamzeh M, Bahrami M, Kompany-Zareh
M. Green synthesis of carbon quantum dots
from vanillin for modification of magnetite
