Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Engineering
Click here for the English version

Engineering

तैयारी और photocatalytically सक्रिय खंडों एजी के उपयोग | ZNO और समाक्षीय TiO Published: May 2, 2014 doi: 10.3791/51547
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1MESA+ Institute for Nanotechnology, University of Twente

Abstract

Photocatalytically सक्रिय nanostructures के ऑक्सीकरण और कमी आधा प्रतिक्रियाओं के लिए कई catalytically सक्रिय साइटों की मौजूदगी, और तेजी से इलेक्ट्रॉन (छेद) प्रसार और आरोप जुदाई के साथ एक बड़े विशिष्ट सतह क्षेत्र की आवश्यकता होती है. Nanowires इन आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए उपयुक्त आर्किटेक्चर प्रस्तुत करते हैं. अक्षीय खंडों AG | ZNO और 200 एनएम के एक व्यास और 6-20 माइक्रोन की लंबाई के साथ त्रिज्यात खंडों (समाक्षीय) TiO 2 एजी nanowires पॉली कार्बोनेट ट्रैक etched (PCTE) या anodized एल्यूमीनियम ऑक्साइड के pores के भीतर templated electrodeposition द्वारा किए गए थे (आओ) झिल्ली, क्रमशः. Photocatalytic प्रयोगों में, ZNO और TiO 2 चरणों कैथोड के रूप में एजी photoanodes रूप में काम किया, और. कोई बाहरी सर्किट पारंपरिक तस्वीर विद्युत कोशिकाओं पर एक महत्वपूर्ण लाभ यह है जो दोनों इलेक्ट्रोड, कनेक्ट करने की जरूरत है. खंडित एजी बनाने के लिए | जेडएनओ nanowires, एजी नमक इलेक्ट्रोलाइट एक ZNO खंड एक के लिए फार्म एजी खंड के गठन के बाद बदल दिया गया थाएजी खंड को ttached. समाक्षीय TiO 2 एजी nanowires बनाने के लिए, एक 2 TiO जेल पहली electrochemically प्रेरित जेल प विधि द्वारा बनाई गई थी. सुखाने और के रूप में गठन TiO 2 जेल के थर्मल annealing क्रिस्टलीय TiO 2 नैनोट्यूब के गठन में हुई. TiO 2 नैनोट्यूब के अंदर एक बाद एजी electrodeposition कदम समाक्षीय TiO 2 एजी nanowires के गठन में हुई. कारण एक ही nanowire भीतर एक n-प्रकार अर्धचालक (ZNO या TiO 2) और एक धातु (एजी) के संयोजन के लिए, एक Schottky बाधा चरणों के बीच इंटरफेस में बनाया गया था. इन nanowires के photocatalytic गतिविधि का प्रदर्शन, AG | जेडएनओ nanowires एच 2 गैस एक मेथनॉल / पानी के मिश्रण में छितरी nanowires की यूवी रोशनी पर खोजा गया था जिसमें एक photocatalytic प्रयोग में इस्तेमाल किया गया. रोशनी के 17 मिनट के बाद, लगभग 0.2 वॉल% एच 2 गैस का एक निलंबन ~ एजी की 0.1 ग्राम से पता चला था | जेडएनओएक 50 मिलीलीटर 80 वॉल्यूम% जलीय मेथनॉल समाधान में nanowires.

Introduction

उनके छोटे आयामों और बड़े सतह करने वाली मात्रा अनुपात के कारण, nanowires जैव चिकित्सा और nanotechnological आवेदन पत्र 1 की एक विस्तृत श्रृंखला में प्रयोग किया जा सकता है कि बहुत आशाजनक एक आयामी वस्तुओं रहे हैं. साहित्य में, कार्यात्मक गुणों के साथ एक एकल घटक युक्त कई nanowires 2-7 सूचित किया गया है. कई सामग्री (धातु, पॉलिमर और धातु आक्साइड) एक nanowire भीतर क्रमिक रूप से शामिल कर रहे हैं लेकिन जब multifunctional nanowires, 8 9 बनाया जा सकता है. कई क्षेत्रों एक nanowire अंदर जुड़े हुए हैं, कार्यात्मक संपत्तियों केवल व्यक्तिगत खंडों में इस्तेमाल किया गया जब मौजूद नहीं थे कि प्रकट हो सकता है. उदाहरण के लिए, एक nanowire भीतर Au और पं. क्षेत्रों युक्त nanomotors हाइड्रोजन पेरोक्साइड 4 में रखा जब स्वायत्त चले गए कि सूचना मिली. Multisegmented nanowires के गठन के लिए उपयुक्त तकनीक घुसपैठ और templated electrodeposition हैं <समर्थन> 8, 9.

1987 में, पेन्नार और मार्टिन पॉली कार्बोनेट झिल्ली 10 में Au nanowires के गठन के लिए templated electrodeposition के उपयोग को प्रकाशित करने के लिए पहले किए गए. तब से, कई अन्य शोधकर्ताओं पॉली कार्बोनेट ट्रैक etched झिल्ली (PCTE) या anodized एल्यूमीनियम ऑक्साइड (आओ) झिल्ली और टेम्पलेट्स 11 का उपयोग, विभिन्न आयामों के साथ nanowires के संश्लेषण के लिए templated electrodeposition का उपयोग शुरू कर दिया है. electrodeposition आमतौर पर हल्के शर्तों के तहत किया जाता है के रूप में nanowire संश्लेषण के लिए templated electrodeposition उपयोग कर के लाभ इसकी लागत प्रभावी प्रकृति हैं, धातु, धातु आक्साइड और / या पॉलिमर, और एक सटीक नकारात्मक प्रतिकृति के पैदा करने की क्षमता या तो से nanowires के लिए फार्म संभावना टेम्पलेट 11 का इस्तेमाल किया. इसके अलावा, खंडों nanowires दो या अधिक विभिन्न चरणों के अनुक्रमिक बयान का गठन करके, और जब दो चरणों में से एक के एक नैनोट्यूब सकता है हो सकता हैtemplated electrodeposition द्वारा बनाया जा, दो अलग अलग चरणों युक्त समाक्षीय nanowires बनाया जा सकता है.

संबंधित धातु आयनों उच्च पीएच में जलीय समाधान में अघुलनशील है जब धातु आक्साइड electrodeposited किया जा सकता है. आवश्यक ऑक्सीजन के लिए, तीन अलग व्यापारियों, यानी नाइट्रेट आयनों 12-15, हाइड्रोजन पेरोक्साइड 13, 16, 17, और आणविक ऑक्सीजन 18 इस्तेमाल किया जा सकता है. इस प्रोटोकॉल में ही नाइट्रेट आयनों के उपयोग के साथ, -0.9 वी बनाम एजी / AgCl से अधिक नकारात्मक एक संभावित के आवेदन कैथोड 19, 20 में नाइट्रेट की कमी से एक स्थानीय रूप से वृद्धि हुई पीएच की ओर जाता है:

कोई 3 - + एच 2 ओ + 2 ई - → कोई 2 - + 2OH -. (1)

इलेक्ट्रोलाइट समाधान 60-90 डिग्री सेल्सियस तक गरम किया जाता है, ZNO nanowires उपजी सीन नाम से बनेगीसी हाइड्रॉक्साइड:

Zn 2 + + 2OH - → जेडएनओ + एच 2 ओ (2)

Templated electrodeposition में ताकना तल पर तैनात है जो काम इलेक्ट्रोड, के लिए एक संभावित के आवेदन पर, रोम के अंदर पीएच स्थानीय स्तर पर स्थानीय nanowire गठन में जिसके परिणामस्वरूप वृद्धि हुई है. ZNO के एक n-प्रकार अर्धचालक है, प्रतिक्रियाओं (1) और (2) एक क्रिस्टलीय और घने जेडएनओ nanowire 21, 22 के गठन में जिसके परिणामस्वरूप, ZNO / इलेक्ट्रोलाइट इंटरफेस में जारी रख सकते हैं.

कई तरीकों TiO 2 नैनोट्यूब के संश्लेषण के लिए मौजूद हैं, लेकिन एक अनुक्रमिक electrodeposition प्रक्रिया का उपयोग कर एक समाक्षीय संरचना के निर्माण के लिए, electrochemically प्रेरित जेल प विधि सर्वाधिक उपयुक्त है. TiO 2 फिल्मों की cathodic electrodeposition के लिए इस विधि को पहली बार 1996 23 में. नटराजन एट अल द्वारा शुरू की. और furthe थाआर Karuppuchamy एट अल द्वारा सुधार. 2001 में 19, 24. इस विधि का प्रयोग, टाइटेनियम oxysulfate (TiOSO 4) पाउडर एक peroxotitanate परिसर के गठन पर हाइड्रोजन पेरोक्साइड के एक जलीय घोल (एच 2 ओ 2) में भंग कर रहा है (तिवारी (ओ 2) अतः 4):

TiOSO 4 + 2 एच 2 हे → तिवारी (ओ 2) अतः 4 + एच 2 ओ (3)

-0.9 वी बनाम एजी / AgCl से अधिक नकारात्मक क्षमता पर, इलेक्ट्रोड सतह पर पीएच एक टाइटेनियम हाइड्रॉक्साइड जेल 19, 20 के गठन, नाइट्रेट की कमी (प्रतिक्रिया (1)) की वृद्धि हुई है:

तिवारी (ओ 2) अतः 4 + 2OH -. + (एक्स 1) एच 2 ओ → TiO (OH) 2 XH 2 O + एच 2 ओ 2 + तो 4 2 -. (4)


Natarअजान एट अल. कि पानी खोजने के लिए इस्तेमाल अंतर थर्मल विश्लेषण एक बेढब TiO 2 चरण 23 के गठन में जो परिणाम थर्मल annealing के दौरान 283 डिग्री सेल्सियस के आस - पास जेल से निकाल दिया जाता है. क्रिस्टलीकरण 525 और 550 डिग्री सेल्सियस एक आओ टेम्पलेट 25 प्रयोग किया जाता है जब दोनों के बीच एक तापमान पर होता है, जबकि तापमान, 365 डिग्री सेल्सियस 23, 25 से ऊपर बढ़ जाती है जब एक तलीय फिल्म के लिए, anatase चरण में क्रिस्टलीकरण होता है.

TiO (OH) 2 · XH 2 हे → TiO 2 + (एक्स 1) एच 2 ओ (5)

इस्तेमाल किया आओ टेम्पलेट का ताकना व्यास एक ठोस nanowire या खुला नैनोट्यूब का गठन किया जाएगा कि निर्धारित करता है. एक छोटे ताकना व्यास nanowire गठन 20, 26 में (~ 50 एनएम) के परिणाम, बड़ा व्यास (~ 200 एनएम) के साथ एक रोम के अंदर ही विधि का आवेदन करते समय परिणामों में से एक टेम्पलेट में बयाननैनोट्यूब गठन 25. जेल पतन अतिरिक्त पानी को हटाने पर जगह नहीं ले सकता क्योंकि यह है.

1970 के दशक में, Fujishima और होंडा एक प्लैटिनम इलेक्ट्रोड 27, 28 के लिए मिलकर रूटाइल इलेक्ट्रोड के द्वारा पूरा किया गया था, जो पराबैंगनी प्रकाश के तहत प्रत्यक्ष जल बंटवारे के लिए एक प्रणाली को प्रकाशित करने के लिए पहले किए गए. तब से, 130 से अधिक सामग्री अर्धचालक photocatalysts 29-31 के रूप में पहचान की गई. इनमें से, टाइटेनियम डाइऑक्साइड 32-36, जिंक आक्साइड 37-40, और लौह ऑक्साइड 41, 42 सबसे गहन अध्ययन सामग्री में से हैं. नैनोकणों या nanowires उपयोग किया जाता है जब इन सामग्रियों की सतह करने वाली मात्रा अनुपात में सुधार photocatalytic क्षमता 29, 30, 43-49 के लिए अग्रणी, काफी बढ़ाया जा सकता है.

Photocatalytic एजी के निर्माण के लिए | एक प्रकाश द्वारा सहज प्रभावित एन typ है जो जेडएनओ nanowires, ZNO,ई अर्धचालक, एक ही टेम्पलेट 50 अंदर अनुक्रमिक electrodeposition के माध्यम से एजी के साथ जुड़ा था. इस तरह के एक nanowire के भीतर, ZNO photoanode और एजी कैथोड सीधे पारंपरिक तस्वीर विद्युत कोशिकाओं में स्थिति के विपरीत है जो इलेक्ट्रोड को जोड़ने के लिए एक बाहरी सर्किट, की आवश्यकता के बिना मिलकर कर रहे हैं. यह काफी डिवाइस वास्तुकला सरल और प्रणाली में ohmic नुकसान की कमी से क्षमता बढ़ जाती है. ZNO और एजी क्षेत्रों जेडएनओ (निर्वात बनाम 4.35 eV) के इलेक्ट्रॉन आत्मीयता के बाद से युग्मित किया गया एजी (निर्वात बनाम 4.26 eV) का काम समारोह के बहुत करीब है. यह इस प्रकार इलेक्ट्रॉन छेद पुनर्संयोजन 52 का मौका पर रोक लगाने, ZNO के चालन बैंड में उत्साहित इलेक्ट्रॉनों ठीक इसके विपरीत एजी के लिए प्रवाह, लेकिन नहीं करने के लिए अनुमति देता है जो दोनों चरणों में 51, के बीच एक Schottky बाधा के गठन को प्रेरित करता है. जेडएनओ की सक्रिय wurtzite चरण nanow का एक आसान और लागत प्रभावी तरीका प्रदान करता है जो 60-90 डिग्री सेल्सियस, पर पहले से ही गठित किया जा सकता हैगुस्सा गठन. इस cathodic electrodeposition के माध्यम से किया जब उच्च तापमान पर एक मध्यवर्ती annealing कदम की आवश्यकता है कि अधिकांश अन्य प्रकाश द्वारा सहज प्रभावित आक्साइड के विपरीत है.

हाइड्रोजन और कार्बन डाइऑक्साइड में मेथनॉल और पानी का रूपांतरण एक धातु युक्त एक खंडों nanowire के उपयोग और पराबैंगनी प्रकाश के प्रभाव के तहत स्वायत्त एच 2 के गठन के लिए एक धातु ऑक्साइड चरण प्रदर्शित करने के लिए एक मॉडल की प्रतिक्रिया के रूप में इस्तेमाल किया गया था. इस प्रयोग में, मेथनॉल नेट प्रतिक्रिया निम्नलिखित, ZNO खंड में 2 सह ऑक्सीकरण हो जाता है, जो एक छेद मेहतर के रूप में प्रयोग किया जाता है

सीएच 3 OH + एच 2 ओ + 6 + → सीओ 2 + 6H +, (6)

एच + एक इलेक्ट्रॉन छेद का प्रतिनिधित्व करता है. जेडएनओ खंड पर गठित प्रोटॉन प्रतिक्रिया निम्नलिखित, एजी सतह पर एच 2 को कम कर रहे हैं

2H + + 2 ई -594; एच 2. (7)

प्रतिक्रियाओं (6) और (7) जेडएनओ का अंतर बैंड (क्रमशः 0.7 और 3.2 eV,) की तुलना में काफी छोटा होता है के लिए आवश्यक कुल ऊर्जा के बाद से, यह प्रक्रिया एक बाहरी शक्ति के स्रोत की आवश्यकता के बिना जगह ले सकते हैं. इस प्रक्रिया schematically चित्र 1 में सचित्र है.

इस प्रोटोकॉल में, एक धातु और एक अर्धचालक चरण जिसमें दोनों खंडों और समाक्षीय nanowires के गठन के लिए templated electrodeposition की प्रयोगात्मक प्रक्रियाओं समझाया जाता है. खंडित एजी के गठन के लिए एक प्रक्रिया | जेडएनओ nanowires के साथ ही TiO 2 नैनोट्यूब के गठन और समाक्षीय TiO 2 एजी nanowires उपज के लिए एजी के साथ उनके बाद भरने, उल्लिखित है. इसके अलावा, एजी के photocatalytic गतिविधि | जेडएनओ nanowires एक पी.डी. आधारित रोजगार पराबैंगनी प्रकाश के साथ विकिरण पर एच 2 और सीओ 2 गैस में एक मेथनॉल / पानी के मिश्रण में कनवर्ट करके दिखा दिया हैएच 2 का पता लगाने के लिए सेंसर. इस प्रोटोकॉल का जोर दो अलग ढंग खंडों धातु ऑक्साइड की तैयारी और photocatalytic लक्षण वर्णन पर है | धातु nanowire मॉड्यूल, और एक अधिक में गहराई से उपचार और एक multifunctional nanowire का एक उदाहरण कहीं 53 पाया जा सकता है. समाक्षीय TiO 2 एजी nanowires का उपयोग नियोजित किया गया था कि जल बंटवारे प्रतिक्रिया भी कहीं 25 पाया जा सकता है.

Protocol

खंडों AG | PCTE झिल्ली में जेडएनओ Nanowire संरचना

Templated Electrodeposition के लिए 1. PCTE झिल्ली तैयारी

  1. 200 एनएम के एक बाहरी ताकना व्यास और 6 माइक्रोन (चित्रा 2A) की मोटाई के साथ एक ट्रैक etched polycarbonate झिल्ली चुनें. यहां इस्तेमाल किया झिल्ली का व्यास 25 मिमी है.
  2. झिल्ली (चित्रा 2 बी) की पीठ पर एक सोने की परत धूम. इस मामले में, 2 एक्स 10 -2 एम्बार के एक बयान दबाव गैस sputtering के रूप में की गिरफ्तारी के साथ इस्तेमाल किया गया था. ~ 13 एनएम / मिनट की एक धीमी दर बयान का प्रयोग करें. नोट: इस Au परत electrodeposition के दौरान बिजली के संपर्क के रूप में उपयोग किया जाएगा.
  3. झिल्ली के सोने में लिपटे पक्ष के शीर्ष पर एक छोटा गिलास स्लाइड (1.4 x 2.1 सेमी) संलग्न करने के लिए दो तरफा चिपचिपा टेप का प्रयोग करें. इस के लिए, कांच स्लाइड (चित्रा 2c) के किनारों के साथ दो तरफा टेप के चार छोटे स्ट्रिप्स डाल दिया. नोट: झिल्ली किसी भी बिना संभव के रूप में चिकनी है सुनिश्चित करेंसिलवटों या झुर्रियों. यह कांच स्लाइड झिल्ली अंदर pores चयनात्मक electrodeposition सुनिश्चित करने के लिए प्रयोग किया जाता है.
  4. यांत्रिक स्थिरता के लिए कांच स्लाइड से बाहर चिपक कि झिल्ली की ओर से तांबे टेप का एक छोटा सा टुकड़ा चिपका. तांबे टेप का आयोजन होता है के बाद से, काम इलेक्ट्रोड का मगरमच्छ क्लिप तांबे टेप करने के लिए संलग्न किया जा सकता है.
  5. यदि आवश्यक हो, किनारों के आसपास Teflon टेप डालकर गिलास स्लाइड पर झिल्ली के आसंजन में सुधार होगा. नोट: कमरे के तापमान पर बयानों के लिए दो तरफा टेप की आसंजन आमतौर पर काफी मजबूत है, लेकिन ऊंचा तापमान पर यह भी Teflon टेप का उपयोग करने के लिए सिफारिश की है.

. एजी के 2 Electrodeposition | जेडएनओ Nanowires

  1. एजी खंड की तैयारी
    1. 0.20 एम Agno 3 (50 मिलीलीटर प्रति 1.70 ग्राम) और 0.10 महाराष्ट्र 3 बो 3 (50 मिलीलीटर प्रति 0.31 जी) युक्त एक जलीय घोल तैयार करें. 3 HNO का उपयोग 1.5 पीएच को समायोजित करें.
    2. तैयार रखोएक साथ एक पंडित काउंटर इलेक्ट्रोड और के रूप में तैयार समाधान में एक एजी / AgCl (3 एम KCl) संदर्भ इलेक्ट्रोड के साथ झिल्ली.
    3. 30 सेकंड के लिए एजी / AgCl संदर्भ इलेक्ट्रोड बनाम 0.10 वी का एक संभावित लागू (आंकड़े 2 डी और 2 ई). नोट: हर potentiostat सॉफ्टवेयर अलग हो जाएगा हालांकि, सभी कार्यक्रमों इनपुट "संभावित सेट" की तरह लाइनों और इन मूल्यों potentiostat पुस्तिका को देखें भरी और अधिक जानकारी के लिए सॉफ्टवेयर शामिल किया जा सकता है, जहां "अवधि", होना चाहिए.
    4. समाधान से इलेक्ट्रोड लो और मिल्ली क्यू पानी के साथ उन्हें कुल्ला.
  2. जेडएनओ खंड की तैयारी
    1. 0.10 एम Zn (सं 3) 2 · 6 2 हे (1.49 जी 50 मिलीलीटर प्रति) युक्त एक जलीय घोल तैयार करें.
    2. एक पानी के स्नान का उपयोग कर 60 डिग्री सेल्सियस का हल गर्मी, और एक साथ एक पंडित काउंटर इलेक्ट्रोड और गर्म समाधान में एक एजी / AgCl संदर्भ इलेक्ट्रोड के साथ एजी खंड युक्त झिल्ली डाल दिया.
      3. (आंकड़े 2 डी और 2 ई). नोट: हर potentiostat कार्यक्रम अलग हो जाएगा हालांकि, सभी इनपुट "संभावित सेट" की तरह लाइनों और इन मूल्यों potentiostat पुस्तिका को देखें भरी और अधिक जानकारी के लिए सॉफ्टवेयर शामिल किया जा सकता है, जहां "अवधि", होना चाहिए.
    3. समाधान से इलेक्ट्रोड लो और मिल्ली क्यू पानी के साथ उन्हें कुल्ला.
  3. एच 2 सेंसर से महत्वपूर्ण संकेत के लिए पर्याप्त nanowires प्राप्त करने के लिए इस प्रक्रिया 4x दोहराएँ.

3. Nanowires के निष्कर्षण और जलीय समाधान के लिए स्थानांतरण

  1. कांच स्लाइड से nanowires युक्त झिल्ली कट.
  2. एक polypropylene अपकेंद्रित्र ट्यूब झिल्ली के इस भाग को हस्तांतरित.
  3. PCTE झिल्ली भंग करने और समाधान में nanowires जारी करने के लिए सीएच 2 सीएल 2 की ~ 2 मिलीलीटर जोड़ें. ~ 30 मिनट, झिल्ली के बादपूरी तरह से (आंकड़े 2 एफ और 2 जी) को भंग कर दिया जाना चाहिए.
  4. SEM विश्लेषण के लिए एक छोटी सी वफ़र पर nanowires युक्त सीएच 2 सीएल 2 समाधान की एक छोटी छोटी बूंद लागू करें.
  5. अपकेंद्रित्र 5 मिनट के लिए ~ 19,000 XG पर प्राप्त समाधान, अतिरिक्त सीएच 2 सीएल 2 को हटाने, और ताजा सीएच 2 सीएल 2 जोड़ें. इस प्रक्रिया को दोहराने में कम से कम सुनिश्चित करें कि सभी पॉली कार्बोनेट हटा दिया गया है बनाने के लिए 3x.
  6. सभी पॉली कार्बोनेट हटा दिया गया है के बाद, अतिरिक्त सीएच 2 सीएल 2 को हटाने के बाद nanowires के लिए मिल्ली क्यू पानी जोड़ें. पूरी तरह से मिल्ली क्यू पानी से क्लोरीन 2 सीएच 2 को बदलने के लिए कम से कम 3x फिर centrifugation दोहराएँ.

आओ झिल्ली में समाक्षीय TiO 2 एजी Nanowire संरचना

Templated Electrodeposition के लिए 4. आओ झिल्ली तैयारी

  1. (200 एनएम और 60 माइक्रोन की मोटाई के एक छेद के आकार के साथ एक आओ झिल्ली लो
  2. झिल्ली (चित्रा 2 बी) की पीठ पर एक सोने की परत धूम. इस मामले में 2 एक्स 10 -2 एम्बार के एक बयान दबाव गैस sputtering के रूप में की गिरफ्तारी के साथ इस्तेमाल किया गया था. ~ 13 एनएम / मिनट की एक धीमी दर बयान का प्रयोग करें. नोट: इस Au परत electrodeposition के दौरान बिजली के संपर्क के रूप में उपयोग किया जाएगा.
  3. Teflon टेप का उपयोग कर 2 चित्रा में के रूप में एक विन्यास में एक Au लेपित गिलास स्लाइड पर आओ झिल्ली संलग्न करें. नोट: आओ झिल्ली एक मगरमच्छ क्लिप के साथ संबंध के लिए भी भंगुर होते हैं, क्योंकि झिल्ली अंदर pores चयनात्मक electrodeposition सुनिश्चित करने के लिए, आओ झिल्ली, PCTE झिल्ली से एक अलग विन्यास में एक छोटा गिलास स्लाइड के साथ संलग्न करने की आवश्यकता है. 3.0 x 2.5 सेमी का एक गिलास स्लाइड प्रयोग किया जाता है, दो झिल्ली एक बार में इस्तेमाल किया जा सकता है.
  4. इलेक्ट्रो जोड़ने जब आसान से निपटने के लिए गिलास स्लाइड के Au लेपित भाग पर तांबे टेप का एक छोटा सा टुकड़ा रखोदेस.

TiO 2 एजी nanowires के 5. विद्युत बयान

  1. एक TiO 2 जेल की तैयारी
    1. 0.02 एम TiOSO 4 (50 मिलीलीटर प्रति 0.16 ग्राम), जिसमें एक जलीय घोल तैयार करें 0.03 महाराष्ट्र 2 हे 2 (50 मिलीलीटर प्रति 0.13 मिलीग्राम), 0.05 एम 3 HNO (50 मिलीलीटर प्रति 0.15 मिलीग्राम), और 0.25 एम KNO 3 (1.26 जी 50 मिलीलीटर प्रति).
    2. एक पंडित काउंटर इलेक्ट्रोड और के रूप में तैयार समाधान में एक एजी / AgCl (3 एम KCl) संदर्भ इलेक्ट्रोड के साथ मिलकर तैयार की झिल्ली रखो.
    3. 3.5 घंटे के लिए एजी / AgCl संदर्भ इलेक्ट्रोड बनाम -1.0 वी के एक संभावित लागू (आंकड़े 2 डी और 2 ई). नोट: हर potentiostat सॉफ्टवेयर अलग हो जाएगा हालांकि, सभी कार्यक्रमों इनपुट "संभावित सेट" की तरह लाइनों और इन मूल्यों potentiostat पुस्तिका को देखें भरी और अधिक जानकारी के लिए सॉफ्टवेयर शामिल किया जा सकता है, जहां "अवधि", होना चाहिए.
    4. समाधान से इलेक्ट्रोड लो और कुल्ला न करेंमिल्ली क्यू पानी के साथ झिल्ली, TiO 2 जेल में अभी भी है क्योंकि पानी में घुलनशील. अन्य इलेक्ट्रोड मिल्ली क्यू पानी से rinsed जा सकता है.
  2. समाक्षीय TiO 2 एजी nanowires की तैयारी
    1. Thermally हवा में 2 घंटे के लिए 650 डिग्री सेल्सियस पर एक ओवन में 2 TiO जेल के साथ झिल्ली पानी रखना.
    2. एक सोने लेपित गिलास स्लाइड पर झिल्ली पुनः अनुलग्न.
    3. 0.20 एम Agno 3 (50 मिलीलीटर प्रति 1.70 ग्राम) और 0.10 महाराष्ट्र 3 बो 3 (50 मिलीलीटर प्रति 0.31 जी) युक्त एक जलीय घोल तैयार करें. 3 HNO का उपयोग 1.5 पीएच को समायोजित करें.
    4. एक पंडित काउंटर इलेक्ट्रोड और के रूप में तैयार समाधान में एक एजी / AgCl (3 एम KCl) संदर्भ इलेक्ट्रोड के साथ मिलकर तैयार की झिल्ली रखो.
    5. 1.5 मिनट के लिए एजी / AgCl संदर्भ इलेक्ट्रोड बनाम 0.10 वी का एक संभावित लागू (आंकड़े 2 डी और 2 ई). नोट: हर potentiostat सॉफ्टवेयर अलग हो जाएगा हालांकि, सभी कार्यक्रम "सेट pote जैसे इनपुट लाइनों होना चाहिएइन मूल्यों potentiostat पुस्तिका को देखें भरी और अधिक जानकारी के लिए सॉफ्टवेयर शामिल किया जा सकता है, जहां ntial "और" अवधि ",.
    6. समाधान से इलेक्ट्रोड लो और मिल्ली क्यू पानी के साथ उन्हें कुल्ला.
  3. TiO 2 नैनोट्यूब में शामिल एजी नैनोकणों की तैयारी
    1. 100 डिग्री सेल्सियस पर 2 TiO जेल रातोंरात के साथ झिल्ली गर्मी
    2. 0.20 एम Agno 3 (50 मिलीलीटर प्रति 1.70 ग्राम) और 0.10 महाराष्ट्र 3 बो 3 (50 मिलीलीटर प्रति 0.31 जी) युक्त एक जलीय घोल तैयार करें. 3 HNO का उपयोग 1.5 पीएच को समायोजित करें.
    3. एक पंडित काउंटर इलेक्ट्रोड और के रूप में तैयार समाधान में एक एजी / AgCl (3 एम KCl) संदर्भ इलेक्ट्रोड के साथ मिलकर तैयार की झिल्ली रखो.
    4. 1.5 मिनट के लिए एजी / AgCl संदर्भ इलेक्ट्रोड बनाम 0.10 वी का एक संभावित लागू (आंकड़े 2 डी और 2 ई). नोट: हर potentiostat सॉफ्टवेयर अलग हो जाएगा हालांकि, सभी कार्यक्रम "इनपुट लाइनों की तरह होना चाहिएसंभावित सेट "और" इन मूल्यों potentiostat पुस्तिका को देखें भरी और अधिक जानकारी के लिए सॉफ्टवेयर शामिल किया जा सकता है जहां अवधि ".
    5. समाधान से इलेक्ट्रोड लो और मिल्ली क्यू पानी के साथ उन्हें कुल्ला.
  4. एच 2 सेंसर से महत्वपूर्ण संकेत के लिए पर्याप्त सामग्री प्राप्त करने के लिए nanowires / नैनोट्यूब से भर में कम से कम 10 झिल्ली प्राप्त करने के लिए इस प्रक्रिया को दोहराएँ.

नैनोट्यूब और nanowires 6. एक्सट्रैक्शन

  1. कांच स्लाइड से नैनोट्यूब या nanowires युक्त झिल्ली कट.
  2. एक polypropylene अपकेंद्रित्र ट्यूब में झिल्ली के इस भाग को हस्तांतरित.
  3. ~ आओ झिल्ली भंग करने और समाधान में नैनोट्यूब या nanowires जारी करने के लिए 1.0 एम NaOH युक्त एक जलीय समाधान के 2 मिलीलीटर जोड़ें. ~ 2 घंटे के बाद, झिल्ली पूरी तरह से (आंकड़े 2 एफ और 2 जी) को भंग कर दिया जाना चाहिए.
  4. अपकेंद्रित्र 5 मील के लिए ~ 19,000 XG पर प्राप्त समाधानएन, अत्यधिक NaOH समाधान निकालने के लिए, और ताजा मिल्ली क्यू पानी जोड़ें. इस प्रक्रिया को दोहराने कम से कम सभी NaOH हटा दिया गया है सुनिश्चित करने के लिए 3x.
  5. सभी NaOH हटा दिया गया है के बाद, जलीय निलंबन एच 2 गठन प्रयोगों के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है.
  6. वैकल्पिक रूप से, SEM के साथ तैयार नैनोट्यूब या nanowires के दृश्य के लिए अतिरिक्त पानी को हटाने के बाद नैनोट्यूब और nanowires को सीएच 2 सीएल 2 या अन्य वाष्पशील विलायक जोड़ें. Centrifugation दोहराएँ कम से कम पूरी तरह से अस्थिर विलायक की सभी पानी की जगह 3x. एक छोटी सी वफ़र पर नैनोट्यूब या nanowires युक्त समाधान की एक छोटी छोटी बूंद जमा.

एच 2 संरचना प्रयोगों

हाइड्रोजन सेंसर की 7. तैयारी

  1. एक पी.डी. आधारित हाइड्रोजन सेंसर लो.
  2. एक क्वार्ट्ज ट्यूब के शीर्ष पर फिट बैठता है कि एक एन एस प्लग अंदर सेंसर रखें.
  3. सचित्र रूप में एक मानक Wheatstone पुल करने के लिए सेंसर कनेक्टचित्रा 3 में.

8. Photocatalytic हाइड्रोजन गठन

  1. एक 72 मिलीलीटर क्वार्ट्ज ट्यूब में जलीय nanowire समाधान रखो. 10 मिलीलीटर पानी की कुल क्वार्ट्ज ट्यूब के अंदर है, जब तक अधिक पानी जोड़ें. फिर 40 मिलीलीटर मेथनॉल जोड़ें.
  2. क्वार्ट्ज ट्यूब के शीर्ष पर रखने से पहले पी.डी. आधारित एच 2 सेंसर से संकेत रिकॉर्डिंग शुरू और संकेत में बदलाव पर नजर रखने के.
  3. एक साथ वास्तविक माप शुरू करने के लिए पराबैंगनी प्रकाश स्रोत पर रही है जबकि स्थिर संकेत के ~ 200 सेकंड के बाद, क्वार्ट्ज ट्यूब के शीर्ष पर एच 2 सेंसर डाल दिया. नोट: इन प्रयोगों में, यूवी स्रोत लगभग 10-15 सेमी की दूरी पर नमूना से रखा गया था.

Representative Results

Electrodeposition के दौरान, काम और काउंटर इलेक्ट्रोड के बीच मापा जाता है कि वर्तमान में एक आईटी की अवस्था में देखे जा सकते हैं. वर्तमान सीधे फैराडे के कानून के माध्यम से सामग्री जमा की राशि से संबंधित है के बाद से, मनाया वर्तमान कैसे बयान आय का एक महत्वपूर्ण संकेत है. एजी के बयान के लिए विशिष्ट यह घटता | ZNO और TiO 2 एजी nanowires चित्रा 4 में दिखाया गया है ठेठ एजी की छवियों SEM |. जेडएनओ nanowires, TiO 2 नैनोट्यूब, एक समाक्षीय TiO 2 एजी nanowire और TiO 2 / एजी नैनोट्यूब किया जा सकता है क्रमशः, चित्रा 5 और 6 चित्र में पाया.

टेम्पलेट और एजी के अनुक्रमिक electrodeposition अंदर एक titania जेल के बयान के लिए electrochemically प्रेरित जेल प पद्धति का उपयोग करके जेल सुखाने के लिए इस्तेमाल किया तापमान के आधार पर दो अलग संरचनाओं में परिणाम कर सकते हैं. रात भर कोंडे में 100 डिग्री सेल्सियस के परिणाम में जेल के सूखनेजेल की nsation, पानी में redissolve को रोकता है. कोई घने ट्यूबलर आकार अभी तक इस तापमान पर गठन किया गया है के बाद से, एजी नाभिक titania जेल के अंदर जमा कर रहे हैं. एक TiO 2 नैनोट्यूब (चित्रा 6C) में शामिल एजी नैनोकणों के गठन में 650 डिग्री सेल्सियस परिणाम, titania जेल के पतन एजी नैनोकणों ताकना दीवारों के लिए ले जाया जा करने का कारण बनता है, क्योंकि बाद में annealing. इसके विपरीत, पूर्व एजी electrodeposition को titania जेल के उच्च तापमान annealing ठोस TiO 2 नैनोट्यूब के गठन की ओर जाता है. इस मामले में, एजी nanowires एक समाक्षीय वास्तुकला (चित्रा 6B) के साथ TiO 2 एजी nanowires के गठन के लिए अग्रणी, इन ट्यूबों के अंदर जमा किया जा सकता है.

खंडित एजी की गतिविधि | photocatalytic जल बंटवारे में जेडएनओ nanowires यूवी रोशनी के तहत एक मेथनॉल / पानी के घोल का उपयोग कर जांच की जा सकती है, जहां एक छेद मेहतर के रूप में मेथनॉल कार्य करता है. एक तकनीकी रूप से सर्वश्रेष्ठ मुफ्तसमाधान से विकसित हो रहा गैसीय हाइड्रोजन का पता लगाने के लिए ले विधि सीधे समाधान ऊपर एक एच 2 सेंसर (चित्रा 7) रखकर प्राप्त की है. इस प्रयोग केवल सेंसर तक पहुँचने एच 2 की मात्रा का पता लगाता है, तो गठन एच 2 की वास्तविक राशि कुछ एच 2 मेथनॉल / पानी चरण में भंग रहेगा के रूप में अधिक हो सकता है. संवेदक द्वारा पता लगाया संकेत के रूप में चित्रा 8A में दिखाया गया है. चित्रा 8B वास्तविक एच 2 गठन की समय सीमा को परिवर्तन के बाद ही संकेत से पता चलता है. यूवी प्रकाश स्रोत (चित्रा 8A में टी = 17.5 मिनट) पर दिया गया था, संकेत की वजह से सेंसर के प्रकाश के प्रति संवेदनशीलता के लिए काफी हद तक चला जाता है. सही संकेत में इस गिरावट के बाद, प्रतिक्रिया शुरू होता है और फलस्वरूप इस पल चित्रा 8b में टी = 0 मिनट के रूप में परिभाषित किया गया था, और इसी संकेत टेस्ट ट्यूब की यूवी जोखिम के दौरान 0 वी. के रूप में परिभाषित किया गया था, यह भी दिखाई दे रहा था कि छोटे गैस bubblतों का गठन किया गया. इस्तेमाल किया सेंसर मेथनॉल के लिए थोड़ा पार संवेदनशील है, nanowires के बिना एक संदर्भ नमूना की माप भी शामिल किया गया था. यूवी रोशनी के दौरान, 8 चित्रा nanowires के साथ नमूना से संकेत संदर्भ नमूना से संकेत से अधिक है कि पता चलता है.

क्षमता में वृद्धि करती है और समाधान से है कि विकसित गैसीय एच 2 की राशि के लिए एक रिश्तेदार को मापने है. विकसित एच 2 की राशि के लिए एक मात्रात्मक अनुमान देने के लिए आदेश में, photocatalytic प्रयोगों से सेंसर की संभावित प्रतिक्रिया एन 2 गैस धारा में एक 4 वॉल्यूम% एच 2 में अपनी प्रतिक्रिया के साथ तुलना में किया गया था. जेडएनओ nanowires समाधान ऊपर गैस की मात्रा में लगभग 0.2 वॉल% एच 2 के गठन में हुई | तुलना से, यह एजी की यूवी रोशनी के 17 मिनट है कि अनुमान लगाया गया था. Nanowires के 0.1 ग्राम इस्तेमाल किया गया था ~ के बाद से, यह 6.92 x 10 का एक एच 2 विकास दर के बराबर होती है -6 मोल / घंटा · छ. संदर्भ के रूप में, एकल चरण ZnO या एजी nanowires के साथ प्रयोग भी प्रदर्शन किया गया. यहाँ दिखाया नहीं इन प्रयोगों, एच 2 गठन का कोई संकेत नहीं दिया; न तो गैस बुलबुला गठन से और न ही सेंसर संकेत से.

चित्रा 1
चित्रा 1 खंडों एजी के काम सिद्धांत | photocatalytic जल बंटवारे में जेडएनओ nanowire:. (एक) योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व, और (ख) ऊर्जा आरेख. यूवी प्रकाश जेडएनओ खंड द्वारा अवशोषित हो जाती है, जब एक इलेक्ट्रॉन छेद जोड़ी बनाई है. के रूप में गठन इलेक्ट्रॉनों वे एक विद्युत कमी आधा प्रतिक्रिया में खपत होती है जहां एजी चरण के लिए प्रवाह. छेद यह एक oxidative आधा प्रतिक्रिया में सेवन किया जाता है, जहां से ZNO खंड में रहता है.मिल = "_blank"> बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 2
चित्रा 2. Nanowire संश्लेषण के लिए ले जाया लगातार कदम के योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व.

चित्रा 3
चित्रा 3. Wheatstone पुल के साथ एच 2 सेंसर की विशिष्ट ऑपरेटिंग सर्किट. इस योजना में, 4 को 1 पिन (1 पिन काला है, 2 पिन नीला है सेंसर के तारों को देखें, 3 पिन सफेद है, 4 पिन भूरे रंग का है ), आर एच हीटर (150 ± 50 Ω) का प्रतिरोध है, आर आर संदर्भ (1500 ± 500 Ω) का प्रतिरोध है, आर एस सेंसर का प्रतिरोध है (1, 000 ± 250 Ω). 0.5 वी 1.0 के लिए हीटर के लिए आवेदन किया है और 2.7 वी Wheatstone पुल मल्टीमीटर / potentiostat से जुड़ा है. वी बाहर करने के लिए लागू किया जाता है तो यह है कि सेंसर एक 12 वी शक्ति के स्रोत से जुड़ा है. 2 पिन के बगल में प्रतिरोध चर रहा है और एक उपयुक्त आधारभूत प्राप्त करने के क्रम में समायोजित किया जा सकता है.

चित्रा 4
चित्रा 4 (क) एजी की विशिष्ट यह घटता |.. जेडएनओ nanowire बयान, और (ख) TiO 2 एजी nanowire बयान insets एजी खंड (क) या एजी कोर के बयान के एक बढ़े वक्र शो (ख). बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.


. अक्षीय खंडों जेडएनओ की चित्रा 5 स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी (SEM) चित्र | एजी nanowires.

चित्रा 6
(क) TiO 2 नैनोट्यूब, (ख) समाक्षीय TiO 2 एजी nanowire और (ग) TiO 2 / एजी नैनोट्यूब चित्रा 6. SEM तस्वीरें. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

चित्रा 7
चित्रा 7. का पता लगाने के लिए ठेठ सेटअपएच के photocatalytic nanowires से विकसित 2 गैस. पी.डी. आधारित एच 2 सेंसर एक क्वार्ट्ज क्युवेट की एन एस प्लग में रखा गया है, और (3 चित्र देखें) एक एम्पलीफायर से जुड़ा. एम्पलीफायर प्राप्त सिग्नल की चित्रमय प्रतिनिधित्व के लिए एक कंप्यूटर से जुड़ा एक मल्टीमीटर (या potentiostat) द्वारा पढ़ा जाता है संवेदक से एक 12 वी शक्ति का स्रोत है और संकेत द्वारा संचालित है. बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

8 चित्रा
8 चित्रा एजी की पराबैंगनी विकिरण के दौरान एच 2 सेंसर से रिस्पांस |.. Nanowires (ब्लू लाइन) के बिना एक मेथनॉल / पानी के घोल (लाल रेखा) और संदर्भ प्रयोग में जेडएनओ nanowires (एक) संकेत द्वारा मापा के रूप मेंसंवेदक; (ख) सिग्नल टी में डेटा बिंदु = (क) के 17.5 मिनट (ख) में प्रतिक्रिया की शुरुआत के रूप में परिभाषित किया गया था, जहां. एच 2 के गठन के दौरान बड़ी छवि को देखने के लिए यहां क्लिक करें.

9 चित्रा
. 9 चित्रा photocorroded एजी के SEM छवि | जेडएनओ nanowire यूवी रोशनी के 48 घंटे के बाद.

Discussion

Nanowires के templated electrodeposition में बहुत महत्वपूर्ण झिल्ली के शीर्ष पर sputtered सोने इलेक्ट्रोड के पीछे की ओर से अलगाव है. अलगाव के बिना, सामग्री preferentially झिल्ली के पीछे की ओर के बजाय अंदर pores सोने की सतह पर जमा होता है. एक फ्लैट इलेक्ट्रोड को आयनों के प्रसार झिल्ली pores में प्रसार की तुलना में बहुत तेजी से होता है, क्योंकि यह है. सोने इलेक्ट्रोड के दोनों किनारों पर बयान का एक और नुकसान प्राप्त यह वक्र जमा nanowires की राशि और लंबाई से संबंधित नहीं किया जा सकता है. चित्रा 4 में, कई चरणों एजी खंड (क) या एजी कोर (ख) के बयान के लिए पहचाना जा सकता है. हर electrodeposition प्रयोग के पहले चरण बिजली डबल परत अपने संतुलन तक पहुँच जाता है के रूप में धीरे - धीरे कम हो जाती है कि वर्तमान में अचानक वृद्धि के साथ है जो बिजली के डबल परत, का चार्ज है. PCTE झिल्ली पो के रूप मेंवाटमान से जोड़कर nanowire की सतह के बाद से एक सिगार के आकार, एक ही समय में अधिक सामग्री के बयान के लिए अग्रणी बयान बढ़ जाती है की सतह क्षेत्र के रूप में दूसरे चरण में वर्तमान बढ़ जाती है, और अभिकारकों की तेजी आपूर्ति के लिए करीब हो जाता है झिल्ली pores के प्रवेश द्वार. तीसरे चरण में, सतह क्षेत्र में परिवर्तन तेजी से अभिकारक आपूर्ति का ही प्रभाव के बाद से बढ़ वर्तमान के एक छोटे ढलान के लिए अग्रणी, कम है इस स्तर में दिखाई दे रहा है.

एक धातु और एक ऑक्साइड खंड जिसमें दोनों खंडों nanowires जमा करने के मामले में, अंदर pores electrodeposition का आदेश स्पष्ट रूप से खाते में एक दूसरे के समाधान में जमा चरणों की घुलनशीलता लेने के द्वारा निर्धारित किया जाना चाहिए कि कृपया ध्यान दें. ZNO के अम्लीय Agno 3 समाधान में भंग होगा के रूप में इस मामले में, एजी खंड जेडएनओ खंड से पहले जमा किया गया था. एक महान धातु युक्त एक खंडों nanowire के गठन के मामले और एक कम में Noble एक, जैसे पंडित और नी, पंडित द्वारा नी की बिजली उत्पन्न करनेवाली प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया को ध्यान में रखा जाना चाहिए. यह बिजली उत्पन्न करनेवाली प्रतिस्थापन प्रतिक्रिया पिछले एक प्रकाशन 54 में चर्चा के रूप में एक बड़ा overpotential का उपयोग कर दबा दिया जा सकता है.

PCTE या nanowire या नैनोट्यूब संश्लेषण के लिए आओ झिल्ली या तो उपयोग करने के लिए चुनाव आमतौर पर एक थर्मल annealing कदम पसंद की सामग्री के लिए वांछित है या नहीं, पर आधारित है. एक annealing कदम की आवश्यकता के बिना, PCTE झिल्ली को संभालने के लिए आसान कर रहे हैं और अपेक्षाकृत अच्छी झिल्ली व्यावसायिक रूप से प्राप्त किया जा सकता है. उच्च तापमान annealing के लिए, आओ झिल्ली का उपयोग आवश्यक है. इन झिल्लियों पॉली कार्बोनेट झिल्ली के रूप में लचीला नहीं कर रहे हैं और बहुत भंगुर हैं. कुछ वाणिज्यिक आओ झिल्ली उपलब्ध हैं, लेकिन एक 2 कदम anodization का उपयोग कर घर का बना आओ झिल्ली की गुणवत्ता में काफी बेहतर है. इसके लिए कई व्यंजनों 55,56 उपलब्ध हैं.

पी.डी. आधारित एच 2 2 का गठन या नहीं है कि क्या निर्धारित करने के लिए एक आसान और अपेक्षाकृत सस्ता तरीका है. दुर्भाग्य से, यह कारण घटता के आकार के रूप में देखा मेथनॉल, मेथनॉल / पानी के घोल में भंग एच 2 का पता लगाने के लिए आंतरिक अक्षमता, और अपने गैर रेखीय प्रतिक्रिया की तरह अस्थिर सॉल्वैंट्स के लिए अपने पार संवेदनशीलता को मात्रात्मक मापन के लिए उपयुक्त नहीं है 8 चित्रा में. मात्रात्मक मापन हर प्रयोगशाला में उपलब्ध नहीं है कि विशेष उपकरणों है जो मेथनॉल / पानी के मिश्रण, ऊपर सिर अंतरिक्ष से जुड़ा एक जीसी इनलेट साथ एक सेटअप में प्रदर्शन किया जा सकता है.

एजी का उपयोग एच 2 गठन | जेडएनओ nanowires आमतौर पर के बाद रह गए हैं ~ समाप्त गैस बुलबुला गठन इसका सबूत यूवी रोशनी के 48 घंटे. गतिविधि के इस नुकसान के लिए कारण निम्नलिखित प्रतिक्रिया 57-60 के अनुसार जेडएनओ की photocorrosion है:

जेडएनओ + 2 + → Zn 2 + +1/2 ओ 2 (8)

Photocorroded एजी के एक SEM छवि |.. एक और निलंबित जब जेडएनओ nanowires 9 चित्र में दिखाया गया है जैसा कि इस आंकड़े से देखा जा सकता है, ZNO खंड की सतह चित्रा 5 के रूप में संश्लेषित तारों की तुलना में यूवी रोशनी पर बहुत rougher हो गया एजी के बैच | 48 घंटे के लिए अंधेरे में ही समाधान में जेडएनओ nanowires, जंग का कोई संकेत नहीं मिला था. इस मनाया जंग वास्तव में photocorrosion से और नहीं electrolytic जंग से हुई पुष्टि की. साहित्य में, कई तरीकों TiO 2 नैनोट्यूब 59,61,62 पर polyaniline की एक monolayer साथ ZnO नैनोकणों के संकरण या 60 सी और ZnO nanorods की ग्राफ्टिंग सहित जेडएनओ photocorrosion के निषेध के लिए सूचित किया गया है.

अक्षीय रूप से या त्रिज्यात खंडों nanowires के templated electrodeposition multisegmented n के बयान के लिए एक आदर्श मंच हैZNO के क्षेत्रों photocatalytic तत्व के रूप में लागू किया जा सकता है | एजी, जिसमें एक बार में एक से अधिक कार्य करने में सक्षम हैं कि anowires. पिछले एक प्रकाशन में, छह खंडों युक्त एक nanowire का एक SEM छवि पेश किया गया: पं. | Au | पं. | नी | AG | जेडएनओ. इस तरह के एक nanowire स्वायत्त आंदोलन के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है (पं. | Au | पंडित), चुंबकीय स्टीयरिंग (नी) और photocatalytic 2 एच गठन (एजी | ZNO) 53.

संक्षेप में, खंडों एजी के संश्लेषण के लिए एक सरल प्रोटोकॉल | templated electrodeposition द्वारा जेडएनओ nanowires और समाक्षीय TiO 2 एजी nanowires प्रदान की जाती है. ऐसे nanowires के photocatalytic गतिविधि निर्धारित करने के लिए एक अर्द्ध मात्रात्मक विधि यूवी रोशनी के तहत एच 2 और सीओ 2 में मेथनॉल और पानी के photocatalytic रूपांतरण का उपयोग कर प्रदर्शन किया गया. यह इन धातु ऑक्साइड धातु nanowires multifunctional nanowires और अन्य nanowire उपकरणों में इस्तेमाल किया जा सकता है कि परिकल्पना की गई है.

Acknowledgments

शीर्ष कार्यक्रम के ढांचे में वैज्ञानिक अनुसंधान के लिए नीदरलैंड संगठन (NWO-CW) के रसायन विज्ञान विभाग से वित्तीय सहायता स्वीकार किया है.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Silver nitrate (AgNO3) Acros Organics 419351000 99+%
Boric acid (H3BO3) Sigma-Aldrich 202878-500G 99.99%
Nitric acid (HNO3) Acros Organics 124660010 65%
Zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO3)2·6H2O) Sigma-Aldrich 228737-500G 98%
Dichloromethane (CH2Cl2) Merck (Boom) 51006050100 99%
Titanium oxysulfate (TiOSO4) Sigma-Aldrich 333980-500G Synthesis grade
Hydrogen peroxide (H2O2) Sigma-Aldrich 349887-500ML 35%
Nitric acid (HNO3) Acros Organics 124660010 65%
Potassium nitrate (KNO3) Acros Organics P/6040/60 >99%
Sodium hydroxide (NaOH) Sigma-Aldrich 20606-0025 >98%
Methanol (CH3OH) Merck 1060121000 Dried ≥99.9%
Polycarbonate membranes, 200 nm Fisher Scientific 09-300-61
Anopore AAO membranes, 200 nm VWR 514-0523
Sputtering system Perkin-Elmer Model 2400
Microscope glass slides (Menzel) VWR 631-0704
Autolab potentiostat with: Metrohm-Autolab PGSTAT 128N
- Pt sheet counter electrode PT.SHEET
- Ag/AgCl in 3 M KCl reference electrode 60,733,100
Polypropylene Nunc centrifuge tubes Fisher Scientific 12-565-286C
Centrifuge Hermle Z36HK
Pd-based hydrogen sensor Kebaili KHS-100
4x 15 W Hg lamp UV source Philips Philips original home solaria

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kuppler, R. J., et al. Potential applications of metal-organic frameworks. Coordination Chemistry Reviews. 253, 3042-3066 (2009).
  2. Hsu, C. L., et al. vertically Al-doped ZnO nanowires synthesized on ZnO:Ga/glass templates. Journal of The Electrochemical Society. 152, (2005).
  3. Maas, M. G., Rodijk, E. J. B., Maijenburg, W., ten Elshof, J. E., Blank, D. H. A. Photocatalytic segmented nanowires and single-step iron oxide nanotube synthesis: Templated electrodeposition as all-round tool. MRS Proceedings. , Boston, MA. 1-6 (2010).
  4. Mallouk, T. E., Sen, A. Powering nanorobots: Catalytic engines enable tiny swimmers to harness fuel from their environment and overcome the weird physics of the microscopic world. Scientific American. 300, 72-77 (2009).
  5. Matei, E., Ion, L., Antohe, S., Neumann, R., Enculescu, I. Multisegment CdTe nanowire homojunction photodiode. Nanotechnology. 21, (2010).
  6. Matei, E., et al. Sequential Deposition Of Multisegment Nanowires. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures. 5, 1067-1076 (2010).
  7. Maas, M. G., Rodijk, E. J. B., Maijenburg, A. W., Blank, D. H. A., ten Elshof, J. E. Microstructure development in zinc oxide nanowires and iron oxohydroxide nanotubes by cathodic electrodeposition in nanopores. Journal of Materials Research. 26, 2261-2267 (2011).
  8. Jiang, H. L., Singh, S. K., Yan, J. M., Zhang, X. B., Xu, Q. Liquid-Phase chemical hydrogen storage: Catalytic hydrogen generation under ambient conditions. ChemSusChem. 3, 541-549 (2010).
  9. Kubas, G. J. Hydrogen activation on organometallic complexes and H2 production, utilization, and storage for future energy. Journal of Organometallic Chemistry. 694, 2648-2653 (2009).
  10. Penner, R. M., Martin, C. R. Preparation and electrochemical characterization of ultramicroelectrode ensembles. Analytical. 59, 2625-2630 (1987).
  11. Hurst, S. J., Payne, E. K., Qin, L., Mirkin, C. A. Multisegmented one-dimensional nanorods prepared by hard-template synthetic methods. Angewandte Chemie - International Edition. 45, 2672-2692 (2006).
  12. Cui, J. B., Gibson, U. J. Electrodeposition and room temperature ferromagnetic anisotropy of Co and Ni-doped ZnO nanowire arrays. Applied Physics Letters. 87, 1-3 (2005).
  13. Lai, M., Riley, D. J. Templated electrosynthesis of zinc oxide nanorods. Chemistry of Materials. 18, 2233-2237 (2006).
  14. Zheng, M. J., Zhang, L. D., Li, G. H., Shen, W. Z. Fabrication and optical properties of large-scale uniform zinc oxide nanowire arrays by one-step electrochemical deposition technique. Chemical Physics Letters. 363, 123-128 (2002).
  15. Sima, M., Enculescu, L., Enache, M., Vasile, E., Ansermet, J. P. ZnO:Mn:Cu nanowires prepared by template method. Physica Status Solidi (B) Basic Research. 244, 1522-1527 (2007).
  16. Leprince-Wang, Y., Wang, G. Y., Zhang, X. Z., Yu, D. P. Study on the microstructure and growth mechanism of electrochemical deposited ZnO nanowires. Journal of Crystal Growth. 287, 89-93 (2006).
  17. Leprince-Wang, Y., Yacoubi-Ouslim, A., Wang, G. Y. Structure study of electrodeposited ZnO nanowires. Microelectronics Journal. 36, 625-628 (2005).
  18. Ramirez, D., Pauporte, T., Gomez, H., Lincot, D. Electrochemical growth of ZnO nanowires inside nanoporous alumina templates. A comparison with metallic Zn nanowires growth. Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science. 205, 2371-2375 (2008).
  19. Karuppuchamy, S., Nonomura, K., Yoshida, T., Sugiura, T., Minoura, H. Cathodic electrodeposition of oxide semiconductor thin films and their application to dye-sensitized solar cells. Solid State Ionics. 151, 19-27 (2002).
  20. Miao, Z., et al. Electrochemically Induced Sol-Gel Preparation of Single-Crystalline TiO2 Nanowires. Nano Letters. 2, 717-720 (2002).
  21. Otani, S., Katayama, J., Umemoto, H., Matsuoka, M. Effect of bath temperature on the electrodeposition mechanism of zinc oxide film from zinc nitrate solution. Journal of the Electrochemical Society. 153, (2006).
  22. Yoshida, T., Komatsu, D., Shimokawa, N., Minoura, H. Mechanism of cathodic electrodeposition of zinc oxide thin films from aqueous zinc nitrate baths. Thin Solid Films. , (2004).
  23. Natarajan, C., Nogami, G. Cathodic electrodeposition of nanocrystalline titanium dioxide thin films. Journal of the Electrochemical Society. 143, 1547-1550 (1996).
  24. Karuppuchamy, S., et al. Cathodic electrodeposition of TiO2 thin films for dye-sensitized photoelectrochemical applications. Chemistry Letters. , 78-79 (2001).
  25. Maijenburg, A. W., et al. Electrochemical synthesis of coaxial TiO2-Ag nanowires and their application for photocatalytic water splitting. Journal of Materials Chemistry A. 2, 2648-2656 (2014).
  26. Wu, X. J., et al. Electrochemical synthesis and applications of oriented and hierarchically quasi-1D semiconducting nanostructures. Coordination Chemistry Reviews. 254, 1135-1150 (2010).
  27. Fujishima, A., Honda, K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature. 238, 37-38 (1972).
  28. Fujishima, A., Kohayakawa, K., Honda, K. Hydrogen Production under Sunlight with an Electrochemical Photocell. Journal of The Electrochemical Society. 122, 1487-1489 (1975).
  29. Kudo, A., Miseki, Y. Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting. Chemical Society Reviews. 38, 253-278 (2009).
  30. Navarro Yerga, R. M., Consuelo Álvarez Galván, M., del Valle, F., Villoria de la Mano, J. A., Fierro, J. L. Water splitting on semiconductor catalysts under visiblelight irradiation. ChemSusChem. 2, 471-485 (2009).
  31. Osterloh, F. E. Inorganic materials as catalysts for photochemical splitting of water. Chemistry of Materials. 20, 35-54 (2008).
  32. Khan, S. U. M., Al-Shahry, M., Ingler Jr, W. B. Efficient photochemical water splitting by a chemically modified n-TiO2. Science. 297, 2243-2245 (2002).
  33. Lin, W. C., Yang, W. D., Huang, I. L., Wu, T. S., Chung, Z. J. Hydrogen production from methanol/water photocatalytic decomposition using Pt/TiO2-xnx catalyst. Energy and Fuels. 23, 2192-2196 (2009).
  34. Ni, M., Leung, M. K. H., Leung, D. Y. C., Sumathy, K. A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using TiO2 for hydrogen production. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 11, 401-425 (2007).
  35. Rajeshwar, K. Hydrogen generation at irradiated oxide semiconductor-solution interfaces. Journal of Applied Electrochemistry. 37, 765-787 (2007).
  36. Service, R. F. Chemistry: Catalyst boosts hopes for hydrogen bonanza. Science. 297, 2189-2190 (2002).
  37. Gupta, M., et al. Preparation and characterization of nanostructured ZnO thin films for photoelectrochemical splitting of water. Bulletin of Materials Science. 32, 23-30 (2009).
  38. He, J. H., et al. Electrical and photoelectrical performances of nano-photodiode based on ZnO nanowires. Chemical Physics Letters. 435, 119-122 (2007).
  39. Maeda, K., Domen, K. Solid solution of GaN and ZnO as a stable photocatalyst for overall water splitting under visible light. Chemistry of Materials. 22, 612-623 (2010).
  40. Yang, X., et al. Nitrogen-doped ZnO nanowire arrays for photoelectrochemical water splitting. Nano Letters. 9, 2331-2336 (2009).
  41. Ekambaram, S. Photoproduction of clean H2 or O2 from water using oxide semiconductors in presence of sacrificial reagent. Journal of Alloys and Compounds. 448, 238-245 (2008).
  42. Mohapatra, S. K., John, S. E., Banerjee, S., Misra, M. Water photooxidation by smooth and ultrathin R-Fe2O3 nanotube arrays. Chemistry of Materials. 21, 3048-3055 (2009).
  43. Best, J. P., Dunstan, D. E. Nanotechnology for photolytic hydrogen production: Colloidal anodic oxidation. International Journal of Hydrogen Energy. 34, 7562-7578 (2009).
  44. Hochbaum, A. I., Yang, P. Semiconductor nanowires for energy conversion. Chemical Reviews. 110, 527-546 (2010).
  45. Kudo, A. Recent progress in the development of visible light-driven powdered photocatalysts for water splitting. International Journal of Hydrogen Energy. 32, 2673-2678 (2007).
  46. Li, J., Zhang, J. Z. Optical properties and applications of hybrid semiconductor nanomaterials. Coordination Chemistry Reviews. 253, 3015-3041 (2009).
  47. Yi, H., Peng, T., Ke, D., Zan, L., Yan, C. Photocatalytic H2 production from methanol aqueous solution over titania nanoparticles with mesostructures. International Journal of Hydrogen Energy. 33, 672-678 (2008).
  48. Zäch, M., Hägglund, C., Chakarov, D., Kasemo, B. Nanoscience and nanotechnology for advanced energy systems. Current Opinion in Solid State and Materials Science. 10, 132-143 (2006).
  49. Zhu, J., Zäch, M. Nanostructured materials for photocatalytic hydrogen production. Current Opinion in Colloid and Interface Science. 14, 260-269 (2009).
  50. Martin, C. R. Nanomaterials: A membrane-based synthetic approach. Science. 266, 1961-1966 (1994).
  51. Nozik, A. J. Photochemical diodes. Applied Physics Letters. 30, 567-569 (1977).
  52. Bahnemann, D. W., Kormann, C., Hoffmann, M. R. Preparation and characterization of quantum size zinc oxide: A detailed spectroscopic study. Journal of Physical Chemistry. 91, 3789-3798 (1987).
  53. Maijenburg, A. W., et al. Hydrogen generation from photocatalytic silver|zinc oxide nanowires: Towards multifunctional multisegmented nanowire devices. Small. 7, 2709-2713 (2011).
  54. Maijenburg, A. W., et al. Electrodeposition of micropatterned NiPt multilayers and segmented NiPtNi nanowires. Electrochimica Acta. 81, 123-128 (2012).
  55. Masuda, H., Yada, K., Osaka, A. Self-ordering of cell configuration of anodic porous alumina with large-size pores in phosphoric acid solution. Japanese Journal of Applied Physics, Part 2: Letters. , (1998).
  56. Nielsch, K., Müller, F., Li, A. P., Gösele, U. Uniform nickel deposition into ordered alumina pores by pulsed electrodeposition. Advanced Materials. 12, 582-586 (2000).
  57. Chen, X., et al. Fabrication of sandwich-structured ZnO/reduced graphite oxide composite and its photocatalytic properties. Journal of Materials Science. 45, 953-960 (2010).
  58. Doménech, J., Prieto, A. Stability of ZnO particles in aqueous suspensions under UV illumination. Journal of Physical Chemistry. 90, 1123-1126 (1986).
  59. Fu, H., Xu, T., Zhu, S., Zhu, Y. Photocorrosion inhibition and enhancement of photocatalytic activity for ZnO via hybridization with C60. Environmental Science and Technology. 42, 8064-8069 (2008).
  60. Kislov, N., et al. Photocatalytic degradation of methyl orange over single crystalline ZnO: Orientation dependence of photoactivity and photostability of ZnO. Langmuir. 25, 3310-3315 (2009).
  61. Lei, Y., et al. Fabrication, characterization, and photoelectrocatalytic application of ZnO nanorods grafted on vertically aligned TiO2 nanotubes. Journal of Physical Chemistry C. 113, 19067-19076 (2009).
  62. Zhang, H., Zong, R., Zhu, Y. Photocorrosion inhibition and photoactivity enhancement for zinc oxide via hybridization with monolayer polyaniline. Journal of Physical Chemistry C. 113, 4605-4611 (2009).

Tags

भौतिकी अंक 87 multicomponent nanowires Electrochemistry जेल प प्रक्रियाओं photocatalysis photochemistry एच
तैयारी और photocatalytically सक्रिय खंडों एजी के उपयोग | ZNO और समाक्षीय TiO<sub&gt; 2</subTemplated Electrodeposition द्वारा निर्मित&gt; एजी Nanowires
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Maijenburg, A. W., Rodijk, E. J. B., … More

Maijenburg, A. W., Rodijk, E. J. B., Maas, M. G., ten Elshof, J. E. Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition. J. Vis. Exp. (87), e51547, doi:10.3791/51547 (2014).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter