Pickering Emulsion Stabilization and Interfacial Catalytic Oxidation by Janus Nano-Au

doi:10.7503/cjcu20220105

Abstract

Abstract:

Structural design and facile synthesis of Janus nanoparticles are crucial to Pickering emulsion interfacial catalysis. By manipulating self-assembly and self-crosslinking activities and weak reducibility of conjugated linoleic acid（CLA）， Janus self-crosslinked admicelle-decorated nano-Fe₃O₄（SCA-Fe₃O₄） was synthesized under protection by Pickering emulsions， and then Janus nano-Au catalyst（Au-SCA-Fe₃O₄） was prepared by in-situ reduction of Au on the particle surface. Subsequently， Au-SCA-Fe₃O₄ was investigated to act as both emulsifier and catalyst in the emulsion interfacial catalytic oxidation of benzyl alcohol to benzaldehyde. Experimental results show that Au-SCA-Fe₃O₄ is only with 0.66%（mass fraction） of Au content， but shows emulsifying， catalytic activities and magnetic response simultaneously. It creates a Pickering emulsion with appearance stability（uniform size of about 100 μm） and thermal stability（up to 90 ℃）， and improves the catalytic activity to be two fold of the fully-modified counterpart and three times as high as the coarse dispersion， which is ascribed to significantly increased contact between insoluble reactants and the catalyst. Moreover， the selectivity of benzaldehyde is higher than 99.9%， which depends on the non-rotational property of Au-SCA-Fe₃O₄ at the benzyl alcohol/water interface avoiding the excessive oxidation of benzaldehyde into benzoic acid. It would offer a new approach for green synthesis and application of Janus nano-catalysts.

Key words: Janus nanoparticles, Au, Interfacial catalysis, Pickering emulsion, Conjugated linoleic acid, Nano-Fe₃O₄

CLC Number:

O643.32⁺2

TrendMD:

WANG Hong, SAN Khin Nyein Ei, FANG Yun, ZHANG Xinyu, FAN Ye. Pickering Emulsion Stabilization and Interfacial Catalytic Oxidation by Janus Nano-Au[J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(6): 20220105.

Figures/Tables 7

References 30

1	Ni L.， Yu C.， Wei Q. B.， Chang J. W.， Qiu J. S.， Green Chem.， 2020， 22（17）， 5711—5721
2	Zhang Y.， Liu Z. R.， Guo C. Y.， Chen T. X.， Guo C.， Lu Y.， Wang J. D.， Appl. Surf. Sci.， 2022， 571， 151284
3	Wang L. Y.， Pan D.， Zhou M.， Liang Q.， Li Z. Y.， Solid State Sci.， 2021， 113， 106546
4	Selva Priya A.， Sunaja Devi K. R.， Venkatesha N. J.， J. Aust. Ceram. Soc.， 2019， 56（1）， 217—225
5	Mao D.， Jia M.， Qiu J.， Zhang X. F.， Yao J.， Catal. Lett.， 2019， 150（1）， 74—81
6	Wu P. P.， Song L.， Wang Y.， Liu X. H.， He Z. K.， Bai P.， Yan Z. F.， Appl. Surf. Sci.， 2021， 537， 148059
7	Jiang H.， Liu L. D.， Li Y. X.， Yin S. W.， Ngai T.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2020， 12（4）， 4989—4997
8	Tang J.， Zhou X.， Cao S. X.， Zhu L. Y.， Xi L. L.， Wang J. L.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2019， 11（17）， 16156—16163
9	Xue B.， Xu T. C.， Li D. S.， Xu J.， Li Y. X.， Wang F.， Zhu J.， Catal. Sci. Technol.， 2020， 10（4）， 1096—1105
10	Herrera C.， Pinto⁃Neira J.， Fuentealba D.， Sepúlveda C.， Rosenkranz A.， González M.， Escalona N.， Catal. Commun.， 2020， 144， 106070
11	Liu Y. J.， Wang J. L.， Shao Y.， Deng R. H.， Zhu J. T.， Yang Z. Z.， Prog. Mater. Sci.， 2022， 124， 100888
12	Zhao T. C.， Zhu X. H.， Hung C. T.， Wang P. Y.， Elzatahry A.， Al⁃Khalaf A. A.， Hozzein W. N.， Zhang F.， Li X. M.， Zhao D. Y.， J. Am. Chem. Soc.， 2018， 140（31）， 10009—10015
13	Cho J.， Cho J.， Kim H.， Lim M.， Jo H.， Kim H.， Min S. J.， Rhee H.， Kim J. W.， Green Chem.， 2018， 20（12）， 2840—2844
14	Zhao R. T.， Han T. H.， Sun D. Y.， Huang L. Y.， Liang F. X.， Liu Z. P.， Langmuir， 2019， 35（35）， 11435—11442
15	Zhao R. T.， Han T. H.， Sun D. Y.， Shan D.， Liu Z. P.， Liang F. X.， Acta Chim. Sinica， 2020， 78（9）， 954—960
	赵若彤，韩天昊，孙大吟，山丹，刘正平，梁福鑫. 化学学报， 2020， 78（9）， 954—960
16	Liu Y. J.， Hu J. K.， Yu X. T.， Xu X. Y.， Gao Y.， Li H. M.， Liang F. X.， J. Colloid Interface Sci.， 2017， 490， 357—364
17	Kirillova A.， Schliebe C.， Stoychev G.， Jakob A.， Lang H.， Synytska A.， ACS Appl. Mater. Interfaces， 2015， 7（38）， 21218—21225
18	Diaz de Tuesta J. L. F.， Machado B.， Serp P. T.， Silva A. M.， Faria J. L. T.， Gomes H.， Catal. Today， 2020， 356， 205—215
19	Binks B. P.， Fletcher P. D. I.， Langmuir， 2001， 17（16）， 4708—4710
20	Fan Y.， Liu T. T.， Fang Y.， Xia Y. M.， Chem. J. Chinese Universities， 2019， 40（6）， 1193—1200
	樊晔，刘婷婷，方云，夏咏梅. 高等学校化学学报， 2019， 40（6），1193—1200
21	Hu X. Y.， Han L. L.， Fang Y.， Xia Y. M.， Chem. J. Chinese Universities， 2021， 42（3）， 843—849
	胡学一，韩璐璐，方云，夏咏梅. 高等学校化学学报， 2021， 42（3）， 843—849
22	San K. N. E.， Niu T.， Fang Y.， Wang H.， Fan Y.， Xia Y. M.， Colloids Surf. A， 2021， 629， 127417
23	Zhang X. Y.， Wang H.， Fang Y.， Fan Y.， Chem. J. Chinese Universities， 2020， 41（11）， 241—247
	张鑫宇，王红，樊晔，方云. 高等学校化学学报， 2020， 41（11）， 241—247
24	Fan Y.， Cao C. M.， Fang Y.， Xia Y. M.， Acta Phys. Chim. Sin.， 2022， 38（3）， 2002032
	樊晔，曹崇梅，方云，夏咏梅. 物理化学学报， 2022， 38（3）， 2002032
25	Mandel K.， Strasser M.， Granath T.， Dembski S.， Sextl G.， Chem. Commun.， 2015， 51（14）， 2863—2866
26	Chang F.， Vis C. M.， Bergmeijer M.， Howes S. C.， Bruijnincx P. C. A.， ChemSusChem， 2021， 14（23）， 5328—5335
27	Fapojuwo D. P.， Oseghale C. O.， Akinnawo C. A.， Meijboom R.， Colloids Surf. A， 2021， 619， 126513
28	Sadiq S.， Sadiq M.， Saeed K.， Rehman N. U.， Ali Q.， React. Kinet. Mech. Cat.， 2020， 130（1）， 289—302
29	Yu C.， Fan L. M.， Yang J.， Shan Y. Y.， Qiu J. S.， Chem. Eur. J.， 2013， 19（48）， 16192—16195
30	Li C. P.， Pi Y. B.， Liu S.， Feng J. W.， Zhang X.， Li S. Y.， Tan R.， ACS Sustain. Chem. Eng.， 2021， 9（40）， 13501—13513

[1]	LI Lei, FANG Yun, XIA Yongmei, BO Chunling, FAN Ye. Comparative Effects of Mono/disaccharides on Conjugated Linoleic Acid Vesicles at Near Neutral pH [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(4): 20210860.
[2]	XIA Dacheng, ZHOU Rui, TU Bo, CAI Zhiwei, GAO Nan, JI Xiaoxu, CHANG Gang, REN Xiaoming, HE Yunbin. Fabrication of Ag/Au Nanowires Array as a SERS Substrate for High-sensitivity Malachite Green Detection [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2022, 43(3): 20210731.
[3]	LI Congcong, LIU Minghao, HAN Jiarui, ZHU Jingxuan, HAN Weiwei, LI Wannan. Theoretical Study of the Catalytic Activity of VmoLac Non-specific Substrates Based on Molecular Dynamics Simulations [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(8): 2518.
[4]	HU Haocheng, LI Wenli, ZHANG Jianing, LIU Yubo. Extraction， Structure Characterization and Biological Activities of Oligosaccharides from Auricularia heimuer [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(8): 2465.
[5]	XI Jing, CHEN Na, YANG Yanbing, YUAN Quan. Recent Progress in Controlled Synthesis of Persistent Luminescence Nanomaterials for Diagnosis Applications [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(11): 3247.
[6]	TANG Wentao, LI Shengkai, WANG Shen, CHEN Long, CHEN Zhuo. Laser-mediated Enrichment Based Surface Enhanced Raman Analysis [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(10): 3054.
[7]	WANG Binyu, LI Li, LI Jing, JIN Keyan, ZHANG Shaoqing, ZHANG Jianan, YAN Wenfu. Recent Progresses on the Synthesis of Zeolites from the Industrial Solid Wastes [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2021, 42(1): 40.
[8]	LI Boxin, YANG Junge, YIN Dezhong, GAO Chengqian, ZHANG Qiuyu. Preparation of Large-sized Microencapsulated Phase Change Materials Through Pickering Emulsion Stabilized by Monodisperse Polymer Microspheres [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(9): 2085.
[9]	ZHANG Kaixiang, LIU Junjie, SONG Qiaoli, WANG Danyu, SHI Jinjin, ZHANG Haiyue, LI Jinghong. Multifunctional DNA Nanoflowers for Autophagy Inhibition and Enhanced Antitumor Chemotherapy^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(7): 1461.
[10]	JIN Xin, FENG Xilan, LIU Dapeng, SU Yutong, ZHANG Zheng, ZHANG Yu. Auto-redox Strategy for the Synthesis of Co₃O₄/CeO₂ Nanocomposites and Their Structural Optimization Towards Catalytic CO Oxidation [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(4): 652.
[11]	FAN Ye, LI Qian, FANG Yun, XIA Yongmei. Fabrication of Lamellar Liquid Crystals of Conjugated Linoleic Acid as Drug Delivery Systems ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(4): 750.
[12]	LI Ming,CUI Xiaoqian,WANG Xuan,LI Zaijun. Synthesis of Amphiphilic Graphene Quantum Dots and Their Sustained Release Effect on L-Menthol ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(2): 324.
[13]	ZHANG Xinyu, WANG Hong, FANG Yun, FAN Ye. Stimuli-responsive Fe₃O₄ Nanoparticle Modified by Conjugated Linoleic Acid [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(11): 2519.
[14]	WANG Nan,YAO Kaisheng,ZHAO Chenchen,LI Tianjin,LU Weiwei. Ionic Liquid-assisted Synthesis of AuPd Nanosponges and Their Catalytic Performance ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(1): 62.
[15]	CHEN Jing,CHEN Jinhua,YIN Dezhong,ZHANG Wei. Phase Inversion of Pickering Emulsion Stabilized by Adipate-functionalized SiO₂ Particles ^† [J]. Chem. J. Chinese Universities, 2020, 41(1): 140.