Modifiziertes hyperverzweigtes Polyglycerin als Dispergiermittel zur Größenkontrolle und Stabilisierung von Goldnanopartikeln in Kohlenwasserstoffen

Hintergrund

Aufgrund der hohen Energiedichte und der hohen Wärmesenke haben endotherme Kohlenwasserstoff-Brennstoffe eine wichtige Rolle in der Luft- und Raumfahrt gespielt. Sie können als brennbare Kühlmittel im Triebwerk verwendet werden, um den Flugzeugen regenerative Kühleffekte zu verleihen. Katalytisches Cracken ist ein effektiver Ansatz zur Verbesserung der endothermen Fähigkeit von Kohlenwasserstoff-Brennstoffen [1,2,3], und Edelmetall-NP werden üblicherweise als Katalysatoren verwendet [4, 5]. Gordon schlug zunächst die Idee vor, herkömmlichen Kraftstoffen Metallpulver zuzusetzen [6]. Zhang fand heraus, dass Pt- und Pd-NPs das Cracken von JP-10 deutlich verbessern und Pt-NPs die Starttemperatur der Crackreaktion von 650 auf 600 °C senken können [7]. Yue setzte Pd-NPs in Decalin und Flugkerosin ein, und die Umwandlung, Gasausbeute und Wärmesenke dieser Kohlenwasserstoffkraftstoffe wurden signifikant erhöht [8, 9]. In unserer früheren Arbeit wurde auch die katalytische Aktivität der in JP-10 dispergierten Au-NPs als pseudohomogenes System untersucht, und es wurde festgestellt, dass die durch Au-NPs katalysierte Umwandlung von JP-10 höher ist als die von reinem JP-10 aus thermischen knacken [10]. Die Gewinnung einer stabilen Fest-Flüssig-Suspension ist jedoch immer noch eine große Herausforderung bei der Herstellung der nanopartikelhaltigen Brennstoffe [11].

Als praktische Technik haben Forscher die Beschichtungsmethode entwickelt, um die NPs mit einer Schutzschicht zu versehen [12]. Hyperverzweigtes Polymer gilt als eine Art wirksames Beschichtungsmaterial. Die globulären Makromoleküle mit einzigartiger Struktur und Eigenschaften können eine hervorragende Plattform für die Synthese und Stabilisierung von Metall-NPs bieten [13, 14]. Hyperverzweigtes Polyglycerin (HPG) hat einen hyperverzweigten Polyether-„Kern“ und ist mit Hydroxylgruppen terminiert, was ein perfektes Medium für die Aufnahme und Stabilisierung von Metall-NPs bietet [15,16,17]. Der HPG-stabilisierende Ansatz kann verwendet werden, um eine Vielzahl von anorganischen Nanokristallen mit guter Stabilität und Biokompatibilität herzustellen [18]. Darüber hinaus wurde HPG als vielversprechender Initiator zur Förderung des Crackens von Kohlenwasserstoffbrennstoffen entwickelt [19, 20]. Das Palmitoylchlorid-modifizierte HPG (PHPG) wurde als „Radikalpaket“ für Kohlenwasserstoffkraftstoffe eingesetzt, und es wurden signifikante Fördereffekte auf die Umwandlung, Gasausbeute und Wärmesenke von Tridecan und Kerosin in Gegenwart von PHPG beobachtet [21].

HPG mit Thioetherstrukturen kann Metall-NPs langfristige Stabilität verleihen, da Schwefel im Vergleich zu sauerstoffhaltigen Hüllen wie Estern und Acetylen ein universeller Koordinationsort für weiche Metallionen ist [22,23,24]. Die Thiol‐En‐Klick‐Chemie ist eine effektive Methode zur Einführung einer Thioetherstruktur, die hochselektive, einfache orthogonale Reaktionen mit hoher Effizienz unter milden Bedingungen enthält [25]. Durch einen Radikalkettenmechanismus polymerisierte Thiol-En-Systeme können zur Addition einer Thiolgruppe an die Doppelbindung führen [26]. Leider wurden bisher nur einige Beispiele für Thioether-substituierte hyperverzweigte Polymere beschrieben [16].

In dieser Arbeit wird das amphiphile HPG mit Thioetherstrukturen (DSHPG) durch die Klick-Chemie von modifiziertem HPG und 1-Dodecanthiol synthetisiert. Die langen Alkylketten verleihen DSHPG eine gute Löslichkeit in Kohlenwasserstoffkraftstoffen. DSHPG wird als Oberflächenmodifizierungsreagenz für Au-NPs verwendet, um gut dispergiertes Au@DSHPG zu erhalten. Der Zusammenhang zwischen der Größe von Au-NPs und den Molekulargewichten von HPG wird systematisch untersucht. Die Dispersionsstabilität von Au-NPs in verschiedenen reinen Lösungsmitteln und Co-Lösungsmittelgemischen wird ebenfalls untersucht.

Methoden

Materialien

(±)Glycidol (96%), Kaliummethylat (95%), 1,1,1-Tris(hydroxymethyl)propan (TMP, 98%), 4-(N ,Nein -Dimethylamino)pyridin (99%), 1,4-Dioxan (99%), Glycidylmethacrylat (97%), Benzophenon (99%), Chlorgoldsäure (48–50%, Au basisch), Tetraoctylammoniumbromid (98%) ) und Natriumborhydrid (98%) wurden von Aladdin Chemical Reagent Corporation (Shanghai, China) bezogen. Toluol (99,5%), Methanol (99,5%), Chloroform 99%), Diethylether (99,7%), Dichlormethan (99,5%), Dimethylsulfoxid (99%), Toluol (99,5%), Hexan (97%), Cyclohexan (97%), Decahydronaphthalin (98%), 1-Dodecan (98%) und Octan (98%) wurden von Sinopharm Chemical Reagent Corporation (Jiangsu, China) bezogen. 1-Tetradecan wurde von Shanghai Xin Ran Chemical Technology Corporation gekauft. Die Proben von HPG, HPG-MA, DSHPG und Au@DSHPG wurden in diesem Labor gemäß dem in Schema 1 gezeigten Verfahren hergestellt.

Herstellung von HPG, HPG-MA, DSHPG und Au@DSHPG

Vorbereitung der HPG

HPG wurde über ein ringöffnendes anionisches Polymerisationsverfahren hergestellt, das zuvor von [27] beschrieben wurde. 1,1,1-Tris(hydroxymethyl)propan (TMP, 0,278 g, 1,5 mmol) wurde mit 0,1 ml einer Kaliummethylatlösung (1,25 mmol CH₃ .) teilweise deprotoniert OK in Methanol), gefolgt von der Destillation von überschüssigem Methanol aus der Schmelze. Dann wurde Glycerin (50 ml, gereinigt durch Vakuumdestillation) bei 95 °C über einen Zeitraum von 12 h unter Verwendung einer Spritzenpumpe zugetropft. Das Produkt wurde durch Filtration über ein Kationenaustauscherharz neutralisiert und zweimal in Aceton ausgefällt. Schließlich wurde HPG 24 h bei 85 °C im Vakuum getrocknet. Die Molekulargewichte von HPG wurden durch das Monomer/Initiator-Verhältnis und die Zugabe von 1,4-Dioxan in die Schmelze gesteuert (Schema 1a).

Herstellung von methacryliertem HPG-MA

Die Synthese von HPG-MA erfolgte nach dem von Marion [28] beschriebenen Verfahren. HPG (1 g) und 4-(N , Nein -Dimethylamino)pyridin (2 g) wurden in Dimethylsulfoxid (9 ml) bei Raumtemperatur unter einer Stickstoffatmosphäre gelöst. Glycidylmethacrylat (10 ml) wurde dann tropfenweise zugegeben. Nach 24 Stunden Rühren bei Raumtemperatur wurde HPG-MA in Diethylether ausgefällt und anschließend über Nacht getrocknet (Schema 1b).

Vorbereitung von DSHPG durch Klickchemie

Getrocknetes HPG-MA (4 ml) und Chloroform (4 ml) wurden in einen röhrenförmigen Photoreaktor gegeben. Nach Auflösung von HPG-MA wurden 1-Dodecanthiol (2 ml) und eine geeignete Menge Benzophenon zugegeben. Nach 1 stündigem Rühren unter UV-Strahlung wurde das Polymer durch Chloroform-Dialyse gereinigt und bei Raumtemperatur getrocknet (Schema 1c).

Vorbereitung von Au@DSHPG

Au-NPs wurden nach dem folgenden Verfahren hergestellt. HAuCl₄ wässrige Lösung (20 ml, 0,59 mmol) wurde mit Tetraoctylammoniumbromid (0,42 g) in Toluol (120 ml) gemischt. Die Mischung wurde kräftig gerührt und die organische Schicht wurde gesammelt. Dann wurde DSHPG (0,2 g) zugegeben. Danach die Lösung von frischem NaBH₄ (0,15 g, 3,97 mmol) in Wasser (20 ml) wurde tropfenweise zugegeben und die Mischung wurde 0,5 h lang gerührt. Die Mischung wurde 2 Tage lang absetzen gelassen, um die vollständige Übertragung von Gold in das amphiphile Polymer sicherzustellen. Der Niederschlag wurde verworfen und die klare Lösung wurde einem Rotationsverdampfer unterzogen, um Toluol zu entfernen. Schließlich wurde der bräunliche Feststoff unter Vakuum bei Raumtemperatur getrocknet (Schema 1d).

Charakterisierung von HPG, HPG-MA, DSHPG und Au@DSHPG

Kernspinresonanz (NMR)-Spektren von HPG, HPG-MA und DSHPG wurden auf einem Bruker Advance 400-Spektrometer in d . aufgenommen ₄ -Methanol, d ₆ -Dimethylsulfoxid und d -Chloroform bzw. Die Spektren wurden auf die Restsignale der deuterierten Lösungsmittel bezogen. Fourier-Transformations-Infrarot-(FTIR)-Spektren wurden auf einem Nicolet iS10-Spektrometer von Thermo Fisher Scientific Corp. (Film oder KBr-Disk) aufgezeichnet

Das zahlenmittlere Molekulargewicht (\(\overline{M_n}\)) und seine Verteilung für HPG-Proben wurden auf einer Gelpermeationschromatographie (GPC) (Waters, USA) mit destilliertem Wasser als Elutionsmittel bei einer Flussrate von 1,0 mL . bestimmt min ^− 1 . Das System wurde unter Verwendung von linearen Poly(methylmethacrylat)-Standards mit enger Größenverteilung kalibriert. Jede wässrige HPG-Lösung wurde in einer Konzentration von 1,0 mg ml ^– 1 . hergestellt .

Differentialscanningkalorimetrie (DSC)-Messungen von HPG, HPG-MA, DSHPG und Au@DSHPG-2 wurden auf einem Q2000 Differentialscanningkalorimeter (TA Instruments, USA) durchgeführt. Der Temperaturbereich wurde von − 70 bis 100 °C (HPG) bzw. − 70 bis 150 °C (HPG-MA, DSHPG und Au@DSHPG-2) bei einer Abtastrate von 3,0 °C min ^{− 1<. eingestellt /sup> . Thermogravimetrische Analysen (TGA) von HPG und Au@DSHPG-2 wurden auf einem Q50 thermogravimetrischen Analysator (TA Instruments, USA) durchgeführt. Der Temperaturbereich wurde von Raumtemperatur bis 600 °C unter Stickstoffatmosphäre mit einer Heizrate von 10 °C min − 1 . eingestellt .}

Die Morphologie von Au@DSHPG wurde mittels Transmissionselektronenmikroskopie (TEM, CM-200, PHILIPS) beobachtet. Die durchschnittlichen Größen wurden durch dynamische Lichtstreuung (DLS, ZEN 3600, Malvern Instruments) überwacht. Die Stabilität von Au-Nanoflüssigkeiten wurde anhand der optischen Absorption bewertet, die mit einem UV-Vis-Spektrometer (Shimadzu, Japan, UV-1750) mit 1,0 cm-Quarzzellen nachgewiesen wurde.

Ergebnisse und Diskussion

Molekulare Strukturen von HPG, HPG-MA und DSHPG

Die ¹ H und ¹³ C-NMR-Spektren von HPG, HPG-MA und DSHPG sind in Abb. 1 dargestellt. Die Peaks zwischen 3,3 und 3,9 ppm im ¹ Das H-NMR-Spektrum von HPG (Abb. 1a) sind die Signale der Wasserstoffatome von Methyl, Methylen und Methin. Die ¹³ Die C-NMR von HPG (Abb. 1b) stimmt mit der in der Literatur [29] überein. In der ¹ H-NMR-Spektrum von HPG-MA (Abb. 1c), die Signale der Wasserstoffatome der Methacryloylgruppen erscheinen bei 1,8 ppm und die mit der C=C-Bindung verbundenen Wasserstoffatome erscheinen bei 5,6 und 6,0 ppm. Nach der Klickreaktion sind die Signale für die mit der C=C-Bindung verbundenen Wasserstoffatome deutlich reduziert und die für die Dodecylgruppe erscheinen von 0,8 bis 2,0 ppm (Abb. 1d).

NMR-Charakterisierungen von HPG, HPG-MA und DSHPG a ¹ H-NMR-Spektrum von HPG, b ¹³ C-NMR-Spektrum von HPG, c ¹ H-NMR-Spektrum von HPG-MA, d ¹ H-NMR-Spektrum von DSHPG

In den Fourier-Transform-Infrarot-(FTIR)-Spektren, die in Abb. 2 gezeigt sind, erscheint eine starke Absorptionsbande des C=C-Streckschwingungspeaks anscheinend bei 1562 cm ^− 1 nach der Veresterung von HPG, und die Banden von =C−H und C=O werden bei 3003 cm ^− 1 . beobachtet und 1652 cm ^− 1 , bzw. Die Signale von Doppelbindungsgruppen sind im FTIR-Spektrum für das Click-Reaktionsprodukt DSHPG deutlich reduziert. Die strukturellen Charakterisierungen zeigen, dass eine erfolgreiche Veresterung und S-Alkylierung von HPG durchgeführt wird und dann die Produkte von HPG-MA und DSHPG erhalten werden.

FTIR-Spektren von a HPG, b HPG-MA und c DSHPG

Thermisches Verhalten von HPG, HPG-MA, DSHPG und Au@DSHPG

DSC-Ergebnisse von HPG, HPG-MA, DSHPG und Au@DSHPG-2 sind in Abb. 3 dargestellt. Die Temperatur des Glasübergangspunkts (T _g ) von HPG kann bei − 37,5 °C beobachtet werden (Abb. 3a), was der Bewegung des Polymerkettensegments des „eingefrorenen“ oder „auftauen“ Prozesses entspricht, der durch die Bewegung von Einfachbindungen in der Hauptkette erreicht wird. Der Vernetzungspunkt von HPG-MA wird mit 110 °C bestimmt und der Wert von T _g beträgt − 20,8 °C (Abb. 3b). Es weist darauf hin, dass die Faktoren, die die Flexibilität der Polymerkette beeinflussen können, einen Einfluss auf T . haben _g . Die Vernetzung der C=C-Bindung in HPG-MA begrenzt die Bewegung des Kettensegments und die T _g Wert ist viel höher als der von HPG. Da die langen Alkylketten von DSHPG gut ausgerichtet sind, neigt DSHPG zur Kristallisation. Für DSHPG ist ein Schmelzpeak bei − 4,7 °C und ein Kaltkristallisationspeak bei − 12,34 °C zu beobachten (Abb. 3c). Diese Peaks werden jedoch für Au@DSHPG nicht mehr beobachtet (Abb. 3d). Dies bedeutet, dass die Einführung von Au-NPs in Au@DSHPG wahrscheinlich zum Zusammenbruch der Polymerkette führt und die saubere Anordnung der Molekülkette zerstört.

DSC-Kurven für a HPG, b HPG-MA, c DSHPG und d Au@DSHPG-2 bei einer Abtastrate von 3 °C min ^− 1

Die thermische Stabilität für HPG und Au@DSHPG wird durch TGA nachgewiesen, mit den Ergebnissen in Abb. 4. Dies weist darauf hin, dass die Rissbildung des HPG-Kerns bei etwa 425 °C auftritt (Abb. 4a). Daher wird für das Cracken von Au@DSHPG (Abb. 4b) der Gewichtsverlustpeak bei 400 °C dem Cracken von HPG zugeschrieben, und andere Gewichtsverlustpeaks sollten dem Cracken der Polymerhülle von DSHPG zugeschrieben werden. Der Au-Gehalt der Au@DSHPG-2-Probe beträgt 27,2 Gew. %.

TGA- und DTG-Kurven für a HPG und b Au@DSHPG-2 bei einer Heizrate von 10 °C min ^− 1

Größenkontrolle von Au@DSHPG

Es wird eine Reihe von HPG-Proben erhalten, deren \(\overline{M_n}\)-Werte von 1123 bis 57.000 variierten (Tabelle 1). Daraus wird geschlossen, dass ein größeres Verhältnis von Monomer (Glycerin)/Initiator (TMP) ein höheres Molekulargewicht für das Polymer erzeugen kann. Darüber hinaus steigt das Molekulargewicht des erhaltenen Polymers in Gegenwart von 1,4-Dioxan auf ein viel höheres Niveau, das die Wirkung eines Emulgators übernimmt und eine Mikroumgebung schaffen kann, die den Kationenaustausch begünstigt, um die anionische Polymerisation zu schützen [ 30].

Die Ergebnisse der dynamischen Lichtstreuung (DLS) zeigen, dass die Größe von HPG in Wasser mit der Zunahme des HPG-Molekulargewichts zunimmt. Auf der Grundlage unterschiedlicher Größen oder Molekulargewichte der Kern-HPG-Moleküle erfolgt dann die Größenkontrolle der Au-NPs durch Dodecanthiol-modifiziertes HPG (DSHPG). Die TEM-Bilder von Au@DSHPG sind in Abb. 5 dargestellt.

TEM-Bild und Größenverteilung von Au@DSHPG. a Au@DSHPG-1 (HPG \( \overline{M_n} \) = 1123), b Au@DSHPG-2 (HPG \( \overline{M_n} \) = 3826) und c Au@DSHPG-3 (HPG \( \overline{M_n} \) = 55.075)

Die Größen von 4,1, 9,7 und 15,1 nm für Au@DSHPG-1, Au@DSHPG-2 und Au@DSHPG-3 werden entsprechend den \( \overline{M_n} \)-Werten von 1123, 3826 und . beobachtet 55.075 für HPG bzw. Offensichtlich wird die Größe von Au-NPs stark von der Größe des HPG-Kerns beeinflusst. Es besteht eine positive Beziehung zwischen dem Molekulargewicht von HPG und der Größe von Au-NPs. Das HPG mit höherem Molekulargewicht besitzt einen größeren Polyether-„Kern“ und kann zur Bildung größerer NPs führen. Aus den beobachteten Größen von HPG und NPs kann spekuliert werden, dass mehrere andere HPG-Makromoleküle als nur eines auf die Stabilisierung eines Nanopartikels einwirken. Die kleineren HPG-Moleküle haben einen besseren Schutz- (oder Trenn-)Effekt gegen den Kontakt und die Verschmelzung verschiedener Nanopartikel.

Dispersionsfähigkeit von Au@DSHPG in verschiedenen Lösungsmitteln

UV-Vis-Spektrophotometrie wird verwendet, um die Dispergierfähigkeit von Au@DSHPG in verschiedenen reinen Lösungsmitteln und Co-Lösungsmittelgemischen zu untersuchen. Au@DSHPG-2 wird in mehreren reinen Lösungsmitteln mit unterschiedlichen Polaritäten wie Toluol, Diethylether, Ethylacetat, Acetonitril und Wasser dispergiert. Die UV-Vis-Spektren der gesättigten Lösungen von Au@DSHPG-2 sind in Abb. 6 dargestellt. Da die Absorptionswerte der gesättigten Lösungen von Au-NPs in Toluol und Diethylether zu hoch sind, um nachgewiesen zu werden, werden die Systeme mit dem Lösungsmittel für UV−Vis‐Messungen. Es wird gezeigt, dass die Dispergierfähigkeit von mit DSHPG stabilisierten Au-NPs in unpolaren Lösungsmitteln aufgrund der unpolaren Alkylkette von DSHPG deutlich besser ist als die in polaren Lösungsmitteln.

UV-Vis-Absorptionskurven für gesättigte Lösungen von Au@DSHPG-2. a Methylbenzol (100-fach verdünnt), b Diethylether (sechsfach verdünnt), c Ethylacetat, d Acetonitril und e Wasser

Um die Beziehung zwischen der Dispergierfähigkeit von Au@DSHPG und der Lösungsmittelpolarität weiter aufzuzeigen, wird eine Reihe von Au@DSHPG-2-enthaltenden Lösungen in Mischungen aus Toluol und Acetonitril hergestellt. Die Polaritäten werden durch die Verhältnisse zweier Komponenten abgestimmt. Die UV-Vis-Absorptionskurven für diese Lösungen sind in Abb. 7 dargestellt. Die Dispersionsfähigkeit von Au-NPs wird allmählich verbessert, wenn der Anteil an Toluol erhöht wird. Die Absorptionswerte bei 521 nm von gesättigten Lösungen in verschiedenen Mischungen von Toluol und Acetonitril sind in Abb. 8 dargestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Dispersion von Au@DSHPG umso besser möglich ist, je schwächer die Polarität des Lösungsmittels ist.

UV-Vis-Absorptionskurven für gesättigte Lösungen von Au@DSHPG-2 in verschiedenen Mischungen von Toluol und Acetonitril. Der gestrichelte Pfeil zeigt den ansteigenden Volumenanteil von Toluol von 0 auf 1 im 0,1-Intervall

UV-Vis-Absorption bei 521 nm von gesättigten Lösungen von Au@DSHPG-2 in verschiedenen Mischungen aus Toluol und Acetonitril

Der Auflösungsprozess kann theoretisch anhand des Löslichkeitskoeffizienten bewertet werden. Für das Polymer DSHPG kann der Löslichkeitskoeffizient mit folgender Gleichung berechnet werden [31]:

wo ρ ist die Dichte von DSHPG, \( \overline{M} \) ist die Molmasse der sich wiederholenden Einheit in DSHPG und G ist die molare Gravitationskonstante.

Ein kleinerer Unterschied zwischen δ ₁ und δ ₂ führt zu einer besseren Mischbarkeit zweier Flüssigkeiten. Die detaillierten Daten von δ ₁ (Lösungsmittel) [32] und δ ₂ (DSHPG) bei 25 °C und 101,3 kPa sind in Tabelle 2 aufgeführt. Es wird darauf hingewiesen, dass der Löslichkeitskoeffizient von Toluol dem von DSHPG am nächsten kommt, gefolgt von Ethylacetat, Diethylether, Acetonitril und Wasser. Dies bedeutet, dass der Auflösungsprozess unter Raumtemperatur erschwert wird, wenn die Polarität von Lösungsmitteln erhöht wird. Die Ergebnisse der theoretischen Berechnung stimmen mit denen der UV-Vis-Analysen überein. Es beweist, dass DSHPG den Au-NPs erfolgreich Lipophilie und Hydrophobie verleiht, was die Anwendung von Au@DSHPG in Kohlenwasserstoffen ermöglicht.

Die Stabilität von Au@DSHPG in Kohlenwasserstoffen

Im Allgemeinen besteht nach dem Bouguer-Lambert-Beer-Gesetz [33] ein linearer Zusammenhang zwischen der Überstandskonzentration und der Extinktion suspendierter Partikel. Um die relative Stabilität von Nanofluiden aufzuzeigen, wird Au@DSHPG-2 in Hexan, Cyclohexan, Octan, Decalin, Dodecan und Tetradecan dispergiert und die UV-Vis-Absorption gegen die Sedimentzeit untersucht. Die Änderung der Absorption von Au-NPs gegenüber der Absetzzeit in diesen Kohlenwasserstoff-Brennstoffen ist in Abb. 9 dargestellt. Durch die DSHPG-Modifikation sind Au-NPs von dem Netzwerk des hydrophilen hyperverzweigten Polymers DSHPG umgeben, das die Absorption von Au-NPs schwächte. Wenn Au@DSHPG mit Kohlenwasserstoffen gemischt wird, dringen die Kohlenwasserstoffmoleküle langsam in das Polymer ein, das Polymer quillt auf, bis es aufgelöst ist, und die Au-NPs werden allmählich von den sperrigen Molekülen freigesetzt, was zu einer erhöhten Absorption führt. Dieser Prozess ist unter Umgebungsbedingungen ziemlich zeitaufwändig, da es Hunderte von Stunden dauert, bis die Au-NPs vollständig freigelegt sind. Wie in Abb. 9 gezeigt, werden die relativen Konzentrationen von NPs in verschiedenen Lösungsmitteln während eines Zeitraums von 0–750 h erhöht. Mit der weiteren Verlängerung der Sedimentzeit von 750 auf 3600 h bleiben die relativen Konzentrationen von Au-NPs in Hexan, Oktan und Decalin fast konstant. Diese fallen jedoch bei Dodecan und Tetradecan leicht ab. Nachdem die Systeme 3600 Stunden lang aufbewahrt wurden, werden die relativen Konzentrationen von Au-NPs immer noch über 80 % gehalten. Daher kann vorgeschlagen werden, dass die Modifizierung mit DSHPG den Au-NPs eine langfristige Lagerstabilität in kohlenwasserstoffbasierten Kraftstoffen ermöglicht.

Relative Partikelkonzentration im Überstand von Au@DSHPG-2 in verschiedenen Kohlenwasserstoffen

Schlussfolgerungen

Es wurde eine Reihe von hyperverzweigtem Polyglycerin (HPG) mit unterschiedlichen zahlenmittleren Molekulargewichten hergestellt. Sie werden erfolgreich eingesetzt, um Dodecanthiol-modifizierte HPG (DSHPG) und DSHPG-modifizierte Au-NPs (Au@DSHPG) herzustellen. Die Größe von Au@DSHPG kann durch Einstellen des Molekulargewichts von HPG gesteuert werden, und das höhere Molekulargewicht von HPG führt zu einer größeren Größe der Au-NPs. UV-Vis-Beobachtungsergebnisse zeigen, dass die Dispergierfähigkeiten von Au@DSHPG in unpolaren Lösungsmitteln (wie Toluol und Diethylether) signifikant besser sind als in polaren Lösungsmitteln (wie Wasser und Acetonitril), was die starke Wirkung von DSHPG auf die Dispersion von Au-NPs in Lösungsmitteln. Die Ergebnisse der Sedimentationsmessung zeigen, dass das Au@DSHPG für mehr als 3.600 Stunden ohne signifikante Ablagerung in Kohlenwasserstoffen stabilisiert werden kann. Solche Arten von Nanofluiden auf Kohlenwasserstoffbasis können aufgrund der katalytischen Wirkung von Au-NPs das Potenzial haben, während ihrer thermischen Crackprozesse höhere Wärmesenkenwerte zu erreichen.

Abkürzungen

Au@DSHPG-1:

Durch DSHPG stabilisierte Goldnanopartikel mit einem Durchmesser von 4,1 nm

Au@DSHPG-2:

Durch DSHPG stabilisierte Goldnanopartikel mit einem Durchmesser von 9,7 nm

Au@DSHPG-3:

Durch DSHPG stabilisierte Goldnanopartikel mit einem Durchmesser von 15,1 nm

DS:

Dodecanthiol

DSHPG:

Hyperverzweigtes Polyglycerin (HPG), modifiziert mit Dodecanthiol (DS)

HPG:

Hyperverzweigtes Polyglycerin