Biyo-esinlenmiş Polidopamin Kaplaması ile 3-Boyutlu ve Nanoparçacıklarla Dekore Edilmiş Katalitik Sistem: Sigara Filtresi Örnek İncelemesi

Kayda değer ilerlemelere rağmen, nanopartiküllerin 3-boyutlu morfolojiye sahip destek malzemeleri üzerine kontrollü olarak katalitik uygulamalar için biriktirilmeleri, reaktif maddenin katalizör yüzeyine sınırlı erişimi, nanopartiküllerin kontrolsüz olarak çökmesi, yüksek fiyat ve karmaşık üretim işlemleri gibi birçok zorluklarla hala karşı karşıyadır. Bu çalışmada, bu zorlukları aşmak amacıyla biyoesinlenmiş polidopamin (PDOP) kaplaması ile 3-boyutlu sigara filtresi üzerinde altın nanopartiküllerin (AuNP) büyüklük, yüzey kaplanması ve morfolojisi kontrol edilerek basit fakat kullanışlı alternatif bir platform önerilmiştir. Altın biriktirme süresinin AuNP karakteristiği ve model tepkimedeki katalitik aktiviteye olan etkisi ayrıntılı şekilde araştırılmıştır. Hem AuNP özelliklerinin hem de katalitik aktivitenin biriktirme süresi ile kontrol edilebileceği belirlenmiştir. Amin, katekol, imin gibi PDOP fonksiyonel grupları ile AuNP biriktirilmesi, 4-nitrofenolün 4-aminofenole tamamen dönüşümünü bir saat içinde sağlamıştır.

3D and Plasmonic Nanoparticle Decorated Catalytic System via Bio-inspired Polydopamine Coating: Cigar Filter Case Study

Despite the significant progress, the well-controlled deposition of nanoparticles onto the support materials having 3D morphologies for the catalytic applications is still facing challenges such as the limited accessibility of reacting molecules to catalyst surface, uncontrolled aggregation of nanoparticles, high cost and highly complicated fabrication procedures. In this study, to overcome these challenges, a simple yet versatile alternative platform is proposed to control the gold nanoparticle (AuNP) size, surface coverage and morphology onto the 3D cigar filter surface via bio-inspired polydopamine (PDOP) coating. The effect of gold deposition time on AuNPs characteristics and their catalytic activity in the model reaction were investigated in detail. It is found that both AuNPs characteristics and catalytic activity can be controlled by changing deposition time. The deposition of AuNPs via functional groups of PDOP such as amine, catechol, and imine provided total conversion of 4-nitrophenol to 4-aminophenol within an hour.

___

  • P. Sudeep, B.I. Ipe, K.G. Thomas, M. George, S. Barazzouk, S. Hotchandani, P.V. Kamat, Fullerenefunctionalized gold nanoparticles. A self-assembled photoactive antenna-metal nanocore assembly, Nano Lett., 2 (2002) 29-35.
  • K. Kuroda, T. Ishida, M. Haruta, Reduction of 4-nitrophenol to 4-aminophenol over Au nanoparticles deposited on PMMA, J. Mol. Cat. A: Chem., 298 (2009) 7-11.
  • B. Gates, Supported metal clusters: synthesis, structure, and catalysis, Chem. Rev., 95 (1995) 511522.
  • X. Li, S. Takahashi, K. Watanabe, Y. Kikuchi, M. Koishi, Hybridization and Characteristics of Fe and Fe− Co Nanoparticles with Polymer Particles, Nano Lett., 1 (2001) 475-480.
  • X. Sun, A. Gutierrez, M.J. Yacaman, X. Dong, S. Jin, Investigations on magnetic properties and structure for carbon encapsulated nanoparticles of Fe, Co, Ni, Mater. Sci. Eng.: A, 286 (2000) 157-160.
  • Y. Kim, R.C. Johnson, J.T. Hupp, Gold nanoparticlebased sensing of “spectroscopically silent” heavy metal ions, Nano Lett., 1 (2001) 165-167.
  • M. Yilmaz, E. Senlik, E. Biskin, M.S. Yavuz, U. Tamer, G. Demirel, Combining 3-D plasmonic gold nanorod arrays with colloidal nanoparticles as a versatile concept for reliable, sensitive, and selective molecular detection by SERS, Phys. Chem. Chem. Phys., 16 (2014) 5563-5570.
  • A.P. Alivisatos, Semiconductor clusters, nanocrystals, and quantum dots, Science, 271 (1996) 933-937.
  • T.S. Ahmadi, Z.L. Wang, T.C. Green, A. Henglein, M.A. El-Sayed, Shape-controlled synthesis of colloidal platinum nanoparticles, Science, 272 (1996) 19241925.
  • D.M. Hercules, A. Proctor, M. Houalla, Quantitative analysis of mixed oxidation states in supported catalysts, Acc. Chem. Res., 27 (1994) 387-393.
  • Z.-J. Jiang, C.-Y. Liu, L.-W. Sun, Catalytic properties of silver nanoparticles supported on silica spheres, The J. Phys. Chem. B, 109 (2005) 1730-1735.
  • R.J. White, R. Luque, V.L. Budarin, J.H. Clark, D.J. Macquarrie, Supported metal nanoparticles on porous materials. Methods and applications, Chem. Soc. Rev., 38 (2009) 481-494.
  • M. Benaglia, A. Puglisi, F. Cozzi, Polymer-supported organic catalysts, Chem. Rev., 103 (2003) 3401-3430.
  • N.E. Leadbeater, M. Marco, Preparation of polymersupported ligands and metal complexes for use in catalysis, Chem. Rev., 102 (2002) 3217-3274.
  • B.F. Machado, P. Serp, Graphene-based materials for catalysis, Cat. Sci. & Tech., 2 (2012) 54-75.
  • C.E. Song, S.G. Lee, Supported chiral catalysts on inorganic materials, Chem. Rev., 102 (2002) 34953524.
  • A. Taguchi, F. Schüth, Ordered mesoporous materials in catalysis, Micro. and Meso. Mater., 77 (2005) 1-45.
  • G. Bakirci, M. Yilmaz, E. Babur, D. Ozden, G. Demirel, Understanding the effect of polydopamine coating on catalytic reduction reactions, Cat. Comm., 91 (2017) 48-52.
  • Y. Liu, K. Ai, L. Lu, Polydopamine and its derivative materials: synthesis and promising applications in energy, environmental, and biomedical fields, Chem. Rev., 114 (2014) 5057-5115.
  • M. Yilmaz, G. Bakirci, H. Erdogan, U. Tamer, G. Demirel, The fabrication of plasmonic nanoparticle-containing multilayer films via a bio-inspired polydopamine coating, RSC Adv., 6 (2016) 12638-12641.
  • M.S. Akin, M. Yilmaz, E. Babur, B. Ozdemir, H. Erdogan, U. Tamer, G. Demirel, Large area uniform deposition of silver nanoparticles through bio-inspired polydopamine coating on silicon nanowire arrays for practical SERS applications, J. Mater. Chem. B, 2 (2014) 4894-4900.
  • A. Gangula, R. Podila, L. Karanam, C. Janardhana, A.M. Rao, Catalytic reduction of 4-nitrophenol using biogenic gold and silver nanoparticles derived from Breynia rhamnoides, Langmuir, 27 (2011) 1526815274.
  • S. Panigrahi, S. Basu, S. Praharaj, S. Pande, S. Jana, A. Pal, S.K. Ghosh, T. Pal, Synthesis and size-selective catalysis by supported gold nanoparticles: study on heterogeneous and homogeneous catalytic process, J. Phys. Chem. C, 111 (2007) 4596-4605.
  • B. Adhikari, A. Biswas, A. Banerjee, Graphene oxide-based hydrogels to make metal nanoparticlecontaining reduced graphene oxide-based functional hybrid hydrogels, ACS Appl. Mater. & Inter., 4 (2012) 5472-5482.
  • M. Yılmaz, M. Erkartal, M. Ozdemir, U. Sen, H. Usta, G. Demirel, Three-Dimensional Au-Coated Electrosprayed Nanostructured BODIPY Films on Aluminum Foil as Surface-Enhanced Raman Scattering Platforms and Their Catalytic Applications, ACS Appl. Mater. & Inter., 9 (2017) 18199-18206.
  • J. Lee, J.C. Park, H. Song, A Nanoreactor Framework of a Au@ SiO2 Yolk/Shell Structure for Catalytic Reduction of p̴Nitrophenol, Adv. Mater., 20 (2008) 1523-1528.
Hacettepe Journal of Biology and Chemistry-Cover
  • ISSN: 2687-475X
  • Yayın Aralığı: Yılda 4 Sayı
  • Başlangıç: 1972
  • Yayıncı: Hacettepe Üniversitesi, Fen Fakültesi
Sayıdaki Diğer Makaleler

Biyo-esinlenmiş Polidopamin Kaplaması ile 3-Boyutlu ve Nanoparçacıklarla Dekore Edilmiş Katalitik Sistem: Sigara Filtresi Örnek İncelemesi

Mehmet YILMAZ

Yağ Çıkarma İşlemi Sonrasında Atık Materyal Olarak Ortaya Çıkan Çörek Otu Posasının Anti-oksidan, Anti-proliferatif ve Antianjiyojenik Özellikleri

Gamze TAN

α-Glukozidazın Mısırdan Üçlü-Faz Ayırma ile Kısmi̇ Saflaştırılması ve Biyokimyasal Karakterizasyonu

Hasan BAYRAKTAR, Seçil ÖNAL, Başak BİLEN

Amin Gruplarla Modifiye Edilmiş Poli (3-Kloro-2-Hidroksipropil Metakrilat) Termal Davranışlarının İncelenmesi

Duygu ALPARSLAN

Serap ALBAYRAK

Kollajen-Jelatin-Altın Nanopartikül Nanokompozit Sisteminin Apta-Sensör Matriksi Olarak Kullanılma Potansiyelinin İncelenmesi

Burak DERKUŞ, Emel EMREGÜL, Mehmet Sait YILMAZ

Çağın Kandemir ÇAVAŞ, Yusuf KUMLUTAŞ, Kamil CANDAN, Çetin ILGAZ

Katyonik Boyanın Anyonik Hidrojel Üzerinde Adsorbsiyonu ve Antibakteriyel Özelliklerle İlaç Uygulamasında İkinci Kullanımı

Pınar ILGIN

Oda Sıcaklığında Benzen Hidrojenlenmesinde Katalizör Olarak Kullanılan Tungsten(VI) Oksit Destekli Rodyum(0) Nanoparçacıkları

Serdar AKBAYRAK

Sodyum Hipokloritin Gökkuşağı Alabalıklarında Strese Sebep Olması: Tatlı Su Kirlenmesinin Ekotoksikolojik Göstergesi Olarak Kan Parametrelerindeki Varyasyonu

Arnela KARAHODZİC, Zejneb BABİC, Ema ZUKİC, Edina SEHİC, Subha DZAFİC, Andi ALİJAGİC, Erna ISLAMAGIC, Damir SULJEVIC