Fabrication of graphene nanoplatelets/MgAl-layered double hydroxide nanocomposites as efficient support for gold nanoparticles and their catalytic performance in 4-nitrophenol reduction

• DOI: 10.1016/j.psep.2023.04.051
• Publication Date: 2023-05-03T18:48:25Z
• Authors: Meriem Banou; Yubiao Niu; Fatima Ammari; Tom Dunlop; Richard E. Palmer; Chedly Tizaoui
• Keywords: Photocatalytic Materials for Solar Energy Conversion; Layered double hydroxides; Materials Science; Metal Nanoparticles; Specific surface area; Organic chemistry; Catalysis; Chemical engineering; Nanoparticle; Engineering; FOS: Chemical sciences; Materials Chemistry; Nanotechnology; FOS: Chemical engineering; FOS: Nanotechnology; Energy; Nanocomposite; Selective catalytic reduction; Renewable Energy, Sustainability and the Environment; Organic Chemistry; Fourier transform infrared spectroscopy; Catalytic Reduction of Nitro Compounds; 540; Materials science; 620; Nuclear chemistry; Chemistry; Layered Double Hydroxide Nanomaterials; Supported Catalysts; Hydroxide; Colloidal gold; 4-Nitrophenol; Physical Sciences; Photocatalysts; Graphene; Inorganic chemistry

The catalytic reduction of 4-nitrophenol is of considerable importance to a multitude of applications and industries. The present work introduces a new catalyst (AuNP/GNP/MgAl-LDH) containing gold nanoparticles (AuNP) supported on graphene nanoplatelets (GNP) intercalated in Mg Al layered double hydroxides (MgAl-LDH) for the reduction of 4-nitrophenol to 4-aminophenol using NaBH4 as a reducing agent. The catalyst was characterised by FTIR, XRD, STEM, TEM, and BET specific surface area. The XRD analysis showed the presence of crystalline phases of gold on the supports, while TEM demonstrated that MgAl-LDH provided uniform binding sites for AuNPs and prevented agglomeration. Similar reaction rate constant was determined for the disappearance of 4-nitrophenol and for the appearance of 4-aminophenol. The reaction rate constant was the highest for AuNP/GNP/MgAl-LDH, followed by AuNP/MgAl-LDH and AuNP/GNP. AuNP/GNP/MgAl-LDH was found stable after five repeated cycles.<br/>La reducción catalítica del 4-nitrofenol es de considerable importancia para una multitud de aplicaciones e industrias. El presente trabajo introduce un nuevo catalizador (AuNP/GNP/MgAl-LDH) que contiene nanopartículas de oro (AuNP) soportadas sobre nanoplaquetas de grafeno (GNP) intercaladas en hidróxidos dobles en capas de Mg Al (MgAl-LDH) para la reducción de 4-nitrofenol a 4-aminofenol utilizando NaBH4 como agente reductor. El catalizador se caracterizó por FTIR, XRD, STEM, TEM y área de superficie específica BET. El análisis de XRD mostró la presencia de fases cristalinas de oro en los soportes, mientras que TEM demostró que MgAl-LDH proporcionó sitios de unión uniformes para AuNP y evitó la aglomeración. Se determinó una constante de velocidad de reacción similar para la desaparición de 4-nitrofenol y para la aparición de 4-aminofenol. La constante de velocidad de reacción fue la más alta para AuNP/GNP/MgAl-LDH, seguida de AuNP/MgAl-LDH y AuNP/GNP. AuNP/GNP/MgAl-LDH se encontró estable después de cinco ciclos repetidos.<br/>La réduction catalytique du 4-nitrophénol est d'une importance considérable pour une multitude d'applications et d'industries. Le présent travail introduit un nouveau catalyseur (AuNP/GNP/MgAl-LDH) contenant des nanoparticules d'or (AuNP) supportées sur des nanoplaquettes de graphène (GNP) intercalées dans des hydroxydes doubles en couches de MgAl (MgAl-LDH) pour la réduction du 4-nitrophénol en 4-aminophénol en utilisant NaBH4 comme agent réducteur. Le catalyseur était caractérisé par une surface spécifique FTIR, XRD, STEM, TEM et BET. L'analyse DRX a montré la présence de phases cristallines d'or sur les supports, tandis que la met a démontré que MgAl-LDH fournissait des sites de liaison uniformes pour les AuNP et empêchait l'agglomération. Une constante de vitesse de réaction similaire a été déterminée pour la disparition du 4-nitrophénol et pour l'apparition du 4-aminophénol. La constante de vitesse de réaction était la plus élevée pour AuNP/GNP/MgAl-LDH, suivie par AuNP/MgAl-LDH et AuNP/GNP. AuNP/GNP/MgAl-LDH a été trouvé stable après cinq cycles répétés.<br/>إن التخفيض الحفاز لـ 4 -نيتروفينول له أهمية كبيرة للعديد من التطبيقات والصناعات. يقدم العمل الحالي محفزًا جديدًا (AuNP/GNP/MgAl - LDH) يحتوي على جسيمات الذهب النانوية (AuNP) المدعومة على الصفيحات النانوية من الجرافين (GNP) المقحمة في هيدروكسيدات Mg Al المزدوجة الطبقات (MgAl - LDH) لتقليل 4 - nitrophenol إلى 4 - aminophenol باستخدام NaBH4 كعامل اختزال. تميز المحفز بمساحة سطح محددة FTIR و XRD و STEM و TEM و BET. أظهر تحليل XRD وجود مراحل بلورية من الذهب على الدعامات، في حين أظهرت TEM أن MgAl - LDH توفر مواقع ربط موحدة لـ AuNPs وتمنع التكتل. تم تحديد ثابت معدل تفاعل مماثل لاختفاء 4 -نيتروفينول ولظهور 4 -أمينوفينول. كان ثابت معدل التفاعل هو الأعلى بالنسبة لـ AuNP/GNP/MgAl - LDH، يليه AuNP/MgAl - LDH و AuNP/GNP. تم العثور على AuNP/GNP/MgAl - LDH مستقرة بعد خمس دورات متكررة.<br/>