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Chemistry

Propriétés de surface de synthèse nanoporeux carbone et silice Matrices

Published: March 27, 2019 doi: 10.3791/58395
Automatic Translation
1, 1,2, 3, 3
1Faculty of Physics, Adam Mickiewicz University, 2NanoBioMedical Centre, 3Department of Physicochemistry of Solid Surface, Faculty of Chemistry, Maria Curie-Skłodowska University

Summary

Nous rapportons ici la synthèse et la caractérisation du carbone nanoporeux commandés (avec une taille de pore nm 4,6) et SBA-15 (avec une taille de pore 5,3 nm). Le travail décrit la surface et propriétés texturales de tamis moléculaires nanoporeux, leur mouillabilité et le comportement de fusion D2O confiné dans les matériaux.

Abstract

Dans ce travail, nous rapportons la synthèse et la caractérisation de commandé nanoporeux matériau carboné (aussi appelé matériau de carbone mésoporeux ordonnée [MOC]) avec une taille de pore nm 4,6 et matrice poreuse de silice ordonnée, SBA-15, avec une taille de pore 5,3 nm. Cet ouvrage décrit les propriétés de surface du tamis moléculaires nanoporeux, leur mouillabilité, et le comportement de fusion D2O confiné dans les matériaux poreux ordonnés différemment avec la taille des pores semblables. À cette fin, MOC et SBA-15 avec nanoporeux très ordonnée, les structures sont synthétisés par l’imprégnation de la matrice de silice en appliquant un précurseur de carbone et par la méthode sol-gel, respectivement. La structure poreuse des systèmes étudiés se caractérise par une analyse d’adsorption-désorption2 N à 77 K. Pour déterminer le caractère électrochimique de la surface des matériaux synthétisés, mesures par titrage potentiométrique sont menées ; les résultats obtenus pour l’OMC montre un changement depzc de pH important vers les valeurs les plus élevées du pH, par rapport à SBA-15. Cela suggère que le MOC enquête a propriétés de surface liées à base d’oxygène des groupes fonctionnels. Pour décrire les propriétés de surface des matériaux, les angles de contact de liquides pénétrant les lits poreux étudiés sont aussi déterminés. La méthode de l’ascension capillaire a confirmé la mouillabilité accrue des parois silice relativement au murs de carbone et une influence de la rugosité de pore sur les interactions fluide/mur, qui est beaucoup plus prononcée pour la silice que pour les mesures de carbone. Nous avons également étudié le comportement de fusion D2O confiné dans la MOC et SBA-15 en appliquant la méthode diélectrique. Les résultats montrent que la dépression de la température de fusion de D2O dans les pores du MOC est supérieure par rapport à la dépression de la température de fusion en SBA-15 d’environ 15 K pores avec taille comparable 5 nm. Cela est dû à l’influence des interactions adsorbant/adsorbant des matrices étudiées.

Introduction

En 1992, des matériaux nanoporeux ordonnée silice ont été obtenus pour la première fois, à l’aide d’un modèle biologique ; Depuis lors, un grand nombre de publications liées à différents aspects de ces structures, les méthodes de synthèse, l’étude de leurs propriétés, leurs modifications, et différentes applications ont été publiés dans la littérature1,2 ,3. L’intérêt de SBA-15 nanoporeux silice matrice4 est en raison de leur qualité unique : une grande surface, large pores avec une répartition porométrique uniforme et de bonnes propriétés chimiques et mécaniques. Matériaux de silice nanoporeux avec pores cylindriques, tels que SBA-155, sont souvent utilisés comme une matrice poreuse pour catalyseurs car ils sont des catalyseurs efficaces dans les réactions organiques6,7. Le matériel peut être synthétisé avec un large éventail de méthodes qui peuvent influencer leurs caractéristiques8,9,10. Par conséquent, il est essentiel d’optimiser ces méthodes pour des applications potentielles dans de nombreux domaines : des dispositifs électrochimiques, nanotechnologie, biologie et médecine, drug delivery systems, ou en adhérence et en tribologie. Dans la présente étude, deux types de structures nanoporeux sont présentées, à savoir carbone et silice poreuses matrices. Pour comparer leurs propriétés, la matrice de SBA-15 est synthétisée à l’aide de la méthode sol-gel, et le matériau de carbone nanoporeux ordonnée est préparé par l’imprégnation de la matrice résultante de silice avec un précurseur de carbone.

Matériaux poreux carbone sont importantes dans de nombreux appareils en raison de leur grande surface et leurs propriétés physico-chimiques uniques et bien défini6,11,12. Préparation typique se traduit par des matériaux ayant une porosité distribuée aléatoirement et une structure désordonnée ; Il y a aussi une possibilité limitée pour que la modification des paramètres généraux pore, et ainsi, des structures avec des distributions de taille relativement larges pores sont obtenus13. Cette possibilité est élargie pour les matériaux nanoporeux carbone grande surfaces et commander des systèmes de nanopores. Plus prédit géométrie et plus de contrôle des processus physico-chimiques à l’intérieur de l’espace interstitiel est importante dans de nombreuses applications : comme catalyseurs, systèmes de séparation de médias, matériaux de pointe électroniques et nanoréacteurs dans de nombreux domaines scientifiques14 , 15.

Pour obtenir les répliques de carbone poreux, les silicates ordonnées peuvent agir comme une matrice solide auquel précurseurs de carbone sont introduits directement. La méthode peut être divisée en plusieurs étapes : la sélection du matériau de silice ordonnée ; la déposition d’un précurseur de carbone dans une matrice de silice ; carbonisation ; Ensuite, la suppression de la matrice de silice. Beaucoup de différents types de matières carbonées peut être obtenus par cette méthode, mais pas de tous les matériaux non poreux ont une structure ordonnée. Un élément important du processus est la sélection d’une matrice appropriée dont nanopores doivent former une structure tridimensionnelle stable16.

Dans ce travail, on étudie l’influence du type de murs de pore sur les propriétés de surface des matrices nanoporeux synthétisées. Les propriétés de surface du matériau de la MOC sont reflétées par les propriétés de surface de la silice analogique (SBA-15) de l’OMC. Les propriétés texturales et structurelles des deux types de matériaux (MOC et SBA-15) sont caractérisées par des mesures d’adsorption/désorption de2 basse température N (à 77 K), microscopie électronique à transmission (TEM) et énergie dispersive x-Ray () analyse EDX).

Mesure de gaz basse température sur l’adsorption/désorption est une des techniques plus importants lors de la caractérisation des matériaux poreux. Azote gazeux est utilisé comme un adsorbant en raison de sa grande pureté et la possibilité de créer une interaction forte avec les adsorbants solides. Avantages de cette technique sont l’équipement commercial convivial et des procédures de traitement des données relativement faciles. La détermination des isothermes d’adsorption/désorption azote est basée sur l’accumulation des molécules adsorbé sur la surface de l’adsorbant solide à 77 K dans une large gamme de pression (P/P,0). La procédure Barrett, Joyner et Halenda (BJH) pour le calcul de la répartition porométrique des isothermes d’adsorption ou de désorption expérimentales est appliquée. Les principales hypothèses de la méthode BJH comprennent une surface plane et une répartition homogène de l’adsorbat sur la surface étudiée. Cependant, cette théorie est basée sur l’équation de Kelvin et il reste la manière la plus largement utilisée pour le calcul de la répartition porométrique dans la gamme mésoporeux.

Pour évaluer le caractère électrochimique des échantillons, on procède par une méthode par titrage potentiométrique. La chimie de surface du matériau dépend de la charge de surface liée à la présence d’hétéroatomes ou groupes fonctionnels sur la surface. Les propriétés de surface sont également étudiées par analyse de l’angle de contact. La mouillabilité à l’intérieur des pores fournit des informations sur les interactions de l’adsorbat adsorbant. On étudie l’influence de la rugosité de la paroi sur la température de fusion de l’eau confinée dans les deux échantillons avec la technique de spectroscopie (DRS) de relaxation diélectrique. Mesures de la constante diélectrique permettent l’étude des phénomènes de fusion comme la polarisabilité du liquide et phase solide est différents les uns des autres. Une variation de la pente de la température de la capacitance montre que la fusion se produit dans le système.

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Protocol

1. préparation des matériaux MOC

  1. Synthèse d’une matrice de silice comme précurseur de l’OMC
    1. Préparation de 360 mL de 1,6 M HCl en ajoutant 50 mL de HCl (36-38 %) dans un ballon à fond rond 500 mL et, ensuite, ajoutant 310 mL d’eau ultrapure (résistivité de 18,2 MΩ·cm).
    2. À cela, ajouter 10 g de PE 10500 polymère (6.500 g/mol).
    3. Placer le ballon dans un bain à ultrasons. Chauffer la solution à 35 ° C et remuez jusqu'à dissolution complète du polymère solide, faire un mélange homogène.
    4. Ajouter 10 g de 1,3,5-triméthylbenzène dans la fiole et agiter le contenu (à un taux d’agitation de 220 tr/mn) de maintenir à 35 ° C au bain-marie.
    5. Après agitation pendant 30 min, ajouter 34 g d’orthosilicate de tétraéthyle (TEOS) dans le ballon. Ajouter le TEOS lentement et goutte à goutte en agitant constamment. Veiller à ce qu’il faut 10 min pour ajouter 34 g de TÉOS.
    6. Incorporer le mélange de solution encore pour 20 h à la même température (35 ° C).
    7. Transvaser le contenu de la fiole dans une cartouche de polytétrafluoroéthylène et placez-le dans un autoclave. Laisser la solution pendant 24 h à 90 ° C.
    8. Filtrer le précipité qui en résulte, à l’aide d’un entonnoir Büchner et laver à l’eau distillée, à l’aide d’au moins 1 L.
    9. Sécher le solide obtenu à la température ambiante et appliquer un traitement thermique à l’échantillon à 500 ° C, à l’aide d’un four à moufle dans une atmosphère d’air pendant 6 h.
  2. Imprégnation de la matrice de silice qui en résulte, à l’aide d’un précurseur de carbone
    1. Préparer des solutions d’imprégnation (IS1 et IS2) avec des proportions appropriées d’eau, d’acide sulfurique 3M (VI) et le sucre (glucose), où glucose joue le rôle de précurseur de carbone et l’acide sulfurique sert de catalyseur.
      Attention : L’acide sulfurique est très toxique, il provoque des brûlures graves de la peau et des lésions oculaires.
      1. Préparer les IS1. Pour chaque gramme de silice, mélanger 5 g d’eau, 0,14 g d’acide sulfurique de 3M (VI) et 1,25 g de sucre.
      2. Préparer IS2. Pour chaque gramme de silice, mélanger 5 g d’eau, 0,08 g de l’acide sulfurique 3M (VI) et 0,75 g de sucre.
    2. Dans un ballon jaugé de 500 mL, placer le matériel de silice (1 g) et la solution ainsi préparée IS1 le précurseur de carbone et le catalyseur. Faire chauffer le mélange dans un séchoir sous vide à 100 ° C pendant 6 h.
      Remarque : Dans cette étape, utilisez seulement IS1. IS2 devrait s’appliquer à l’étape suivante.
    3. Ajouter le IS2 au mélange dans le vide sèche (à la solution avec le précurseur de carbone partiellement carbonisé). Faire chauffer le mélange à nouveau dans le séchoir sous vide à 160 ° C pendant 12 h.
  3. Trempe/carbonisation
    1. Transférer le composite obtenu à un mortier pour la fragmentation des particules plus grosses et une homogénéisation de la matière.
    2. Placez le produit obtenu dans la fournaise de flux et chauffez-la à 700 ° C (à une vitesse de chauffage de 2,5 ° C/min) et de la chaleur pendant 6 heures à cette température. Faire chauffer le matériau dans une atmosphère d’azote.
    3. Laisser la solution refroidir avant d’ouvrir le four.
  4. Retrait de la matrice de silice par gravure
    1. Préparer 100 mL de solution (ES) de gravure. Mélanger 50 mL d’alcool éthylique à 95 % et de 50 mL d’eau. Ajouter 7 g d’hydroxyde de potassium et remuer jusqu'à ce qu’il soit dissous.
    2. Lieu tous obtenus carbonisé matériel (au moins 1 g) dans un ballon à fond rond 250 mL et ajouter 100 mL d’ES.
    3. Fourniture du système avec un réfrigérant à reflux et agitateur magnétique et de la chaleur à ébullition en remuant constamment. Faire bouillir le mélange pendant 1 h.
    4. Transférer la matière obtenue dans l’entonnoir Büchner, lavez-le au moins 4 L d’eau distillée et séchez-le.

2. préparation de la matrice de silice SBA-15

  1. Synthétiser une matrice de silice.
    1. Préparer 150 mL de HCl 1.6 M.
    2. Dissoudre 4 g de polymère PE 6400 (EO13PO70EO13) dans 150 mL de solution d’acide dans un ballon à fond rond.
    3. Placer le ballon dans un bain à ultrasons. Chauffer la solution à 40 ° C et remuez pour que le polymère peut se dissoudre (au moins pendant 30 min).
    4. Ajouter lentement 8,5 g de TEOS dans le ballon, goutte à goutte, en remuant constamment. Incorporer le mélange de la solution pendant 24 h à la même température (40 ° C).
    5. Transvaser le contenu du ballon à une cartouche de polytétrafluoroéthylène. Laissez la solution pendant 24 h dans un four à 120 ° C.
    6. Filtrer le précipité qui en résulte, à l’aide d’un entonnoir Büchner et laver à l’eau distillée (au moins 1 L).
    7. Sécher le solide obtenu à température ambiante et calcine durant 6 h à 600 ° C, en utilisant un four à moufle dans une atmosphère d’air.

3. méthodes de caractérisation

  1. Mesures d’adsorption/désorption azote basse température
    1. Utiliser un analyseur automatique de sorption pour obtenir N2 isothermes d’adsorption/désorption à 77 K.
    2. Utiliser un tube de verre pour les mesures d’adsorption d’azote. Avant d’ajouter l’échantillon poreux dans le tube en verre, nettoyer le tube dans un nettoyeur à ultrasons et le rincer d’abord à l’eau distillée et, ensuite, avec l’éthanol anhydre.
    3. Chauffer le tube en verre à 150 ° C pendant 3 h et remplir le tube avec de l’azote comprimé. Peser le tube en verre vides dans les conditions de l’azote avant la mesure pour minimiser l’erreur de poids.
    4. Placer l’échantillon dans le tube en verre et pèsent la masse totale (la masse de l’échantillon avec le tube de verre).
    5. Avant les mesures, une solution contenant l’échantillon. Placer le tube de verre avec l’échantillon dans le port de dégazage de l’analyseur de sorption. Appliquer les conditions suivantes : une pression d’au moins 0,01 mmHg, une température de 423 K et une durée de 24 h. Dans le port de dégazage, connectez l’échantillon au vide et chauffer à la température de consigne (423 K). Après dégazage, remplir l’échantillon avec de l’azote et le transférer dans le port de l’analyse.
  2. Microscopie électronique à transmission
    1. Utiliser le microscope TEM avec le 120 kV (pour SBA-15) et 200 kV (pour le matériel de la MOC) accélération tensions pour recueillir les images TEM de bonne qualité.
    2. Pour préparer un film monodisperses de l’échantillon, disperser l’échantillon (1 mg) en éthanol (1 mL). Effectuez la procédure de dispersion dans un tube de microcentrifuge en le plaçant dans un bain à ultrasons pendant 3 min.
    3. Déposez deux gouttes de la dispersion sur une grille TEM en cuivre à l’aide d’une micropipette. Transférer la grille TEM le microscope de TEM et commencer l’imagerie TEM.
  3. Dispersive en énergie
    1. Utiliser un microscope électronique à balayage équipé d’un détecteur de rayons x pour acquérir un spectre de rayons x dispersif énergie des échantillons.
    2. Appliquer une tension d’accélération de 15 kV à récolter le spectre. Sélectionnez le silicium comme l’élément d’optimisation pour SBA-15 et du carbone pour l’échantillon de MOC.
  4. Mesures par titrage potentiométrique
    1. Utiliser une burette automatique pour réaliser l’expérience de titrage potentiométrique. Ajouter la solution titrante en portions petites et contrôlées (selon le logiciel de titrage et de la procédure). Le plus petit incrément, au moins 1 μL, fournir un intrument de dosage automatique.
    2. Disperser, 0,1 g de l’échantillon dans 30 mL d’une solution d’électrolyte (solution d’eau de 0,1 M de NaCl). Utiliser l’agitateur magnétique et conditions isothermes (293 ± 0,1 K) au cours de la procédure de dispersion.
    3. Ajouter 1 à 2 mL de solution titrante (solution de NaOH 0,1 M) à la suspension.
      Remarque : Effectuez l’ajout en petites parties aliquotes (chacun à environ 0,05 mL). La burette automatique la procédure devrait fournir au moins une douzaine points expérimentaux à des pH allant de 1 à 14.
    4. Calculer la masse surfacique de la charge Qs, en utilisant la formule suivante.
      Equation 1(1)
      Ici,
      ΔN = le changement dans l’équilibre /OH H+– réduit par la masse de l’échantillon ;
      SBET = la surface de Brunauer-Emmett-Teller (BET) de l’état solide poreux ;
      F = le nombre de Faraday.
  5. Méthode d’ascension capillaire pour les mesures de mouillabilité
    1. Pour déterminer l’angle de contact à l’intérieur des pores des échantillons étudiés, utilisez la méthode de l’ascension capillaire.
      Remarque : Cette méthode est basée sur la mesure de l’augmentation massive du liquide, qui s’infiltre dans le lit poreux, comme la fonction de l’heure. L’hypothèse principale de cette méthode est basée sur le fait que liquide pénétrant progresse dans la colonne poreuse et que cette colonne se compose d’intergranulaires capillaires avec un certain rayon moyen. Ainsi, chaque rapport extrait pour capillaire unique est valable pour la couche de la poudre poreuse. Dans un capillaire vertical unique, le liquide de mouillage flotte contre les forces gravitationnelles en raison de la différence de pression entre le liquide et la vapeur dans les pores (pression capillaire). En ce sens, la pénétration du liquide dans le lit poreuse permet la détermination de l’angle de contact dynamique avancée à l’intérieur des pores.
    2. Appliquer équation17,18, exprimée comme suit de la Washburn mis à jour le.
      Equation 2(2)
      Ici,
      m = la masse du liquide mesuré ;
      C = le paramètre géométrique dépend de la distribution, la forme et la taille des pores ;
      Ρ = la masse volumique ;
      Γl= la tension superficielle ;
      Η = la viscosité du liquide pénétrant ;
      Θ = l’angle de contact ;
      t = temps.
    3. Utilisant l’équation (2), estimer les valeurs de l’angle de contact avançant à l’intérieur des pores étudiés.
    4. Préparer le tensiomètre de force. Pour les poudres, utilisez un tube de verre d’un diamètre de 3 mm et une masse obtenue par sintérisation en céramique ; pour le liquide, utiliser un bateau avec un diamètre de 22 mm et un volume maximal de 10 mL.
    5. Mesurer 0,017 g de l’échantillon.
    6. Démarrer le programme d’ordinateur connecté au tensiomètre. Mettre un récipient contenant du liquide sur une scène motorisé et suspendre le tube en verre avec l’échantillon sur une balance électronique.
    7. Démarrez le moteur et commencer à s’approcher du liquide dans le récipient avec l’échantillon à un faible taux constant de 10 mm/min ; Réglez la profondeur de l’immersion du tube à échantillon en égale à 1 mm.
    8. Partir de ce moment, la dépendance m2 = f(t) registres dans le programme d’ordinateur.
    9. Arrêter l’expérience quand la dépendance m2 = f(t) commence à montrer le plateau caractéristique.
    10. Vérifier l’exactitude en répétant cette procédure 3 x - 5 x.
  6. Spectroscopie de relaxation diélectrique
    1. Pour décrire le comportement de fusion d’eau confinée à l’intérieur les matrices poreuses étudiés, effectuer des mesures de température capacité électrique C de l’échantillon dans un condensateur à plaques parallèles en acier inoxydable19, 20 , 21. pour mesurer la capacité C comme la fonction de la température et la fréquence du champ électrique appliqué cyclique, utilisez un analyseur d’impédance.
      NOTE : La permittivité électrique complexe est définie comme ε * = ε' + p '', où ε' = C/C0 est le réel et ε'' = tgδ·ε' est une partie imaginaire de la permittivité, où C0 est la capacité de la vide condensateur et tgδ sont les pertes diélectriques.
    2. Mettez l’échantillon mesuré dans le condensateur à plaques.
    3. Sélectionnez une gamme de fréquences de 100 Hz à 1 MHz et une température de 140 K à 305 K. contrôle du taux de la température change avec le régulateur de température ; fixer le taux de température comme étant égale à 0,8 K/min lors du refroidissement et 0,6 K/min pendant le chauffage.

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Representative Results

Afin de caractériser la structure poreuse des échantillons étudiés du MOC et SBA-15, le N2 adsorption-désorption isothermes ont été enregistrés à 77 K. L’expérimental N2 gaz adsorption-désorption isothermes qui caractérisent les systèmes étudiés, ainsi que les distributions de taille de pore (PSD) obtenues à partir des données d’adsorption et de désorption, sont présentés dans la Figure 1 a-D. La position des points d’inflexion sur les isothermes de sorption (Figure 1 a, C) indique la pression à laquelle le processus de mesopore de remplissage commence. Cette information est nécessaire pour le calcul de la taille moyenne de pore et le PSD (Figure 1 b, D), selon l’équation de Kelvin.

Figure 2 a -C présente les images TEM de la MOC. Figure 2D E présente les images TEM de l’échantillon de SBA-15. Les micrographies TEM obtenus ont été utilisés pour évaluer la qualité des matériaux synthétisés et confirmant la structure hexagonale à deux dimensions. Une interprétation des images TEM permet une estimation de la taille des pores et une comparaison des valeurs avec les données obtenues à partir des mesures de sorption (Figure 1).

La figure 3 montre la répartition de charge surfacique pour matériau carbone et silice. Les propriétés des surfaces et interfaces des supports et des matrices solides ont un impact crucial sur les caractéristiques des matériaux étudiés et sur les processus physico-chimiques et les phénomènes à leur surface ou dans leur voisinage. Une recherche expérimentale sur les propriétés de surface, tels que les densités de charge de surface, semble être approprié et précieux pour enquêter sur les propriétés de surface (présence et types de groupes fonctionnels) influence l’enquête chimique et physique phénomènes. En particulier, les caractéristiques de surface liés à la chimie de surface des matériaux carbone dépendent de la charge de surface définie par hétéroatomes (tels que l’oxygène ou d’azote) et influencer la mouillabilité, propriétés adsorbantes, électrochimiques et les caractéristiques catalytiques et enfin, comportement acide-base et hydrophile-hydrophobe. Une analyse de la position de la charge de point du zéro sur l’échelle de pH fournit des informations sur l’acidité du système ; plus le pHpzc physiologique, le plus acide est l’exemple.

Figure 4 a B montre TEM-énergie dispersive x-Ray spectroscopie (EDS) spectre typique pour l’échantillon de MOC qui illustrent l’interaction entre le faisceau d’électrons incident avec l’échantillon, ce qui génère des rayons x dont l’énergie caractéristique d’un nombre atomique de éléments. TEM-EDS est un outil puissant pour la détermination de la composition chimique. La figure 4 montre les résultats de l’EDS pour SBA-15 matériel. La valeur de l’énergie du rayonnement caractéristique provenant de l’échantillon permet une identification des éléments contenus dans l’échantillon étudié, tandis que l’intensité (la hauteur des pics du spectre) permet une analyse qualitative de son contenu ( Figure 4).

La figure 5 montre les résultats des mesures des angles de contact à l’intérieur les nanopores de MOC (Figure 5 a) et SBA-15 (Figure 5 b), référencés aux wettabilities sur verre et de graphite pyrolytique hautement orienté lisse (HOPG) substrats, respectivement. Un verre de surface de silice idéalement lisse et graphite HOPG comme une surface lisse graphite ont été utilisés. Les angles de contact mesurées sont affichées en fonction du paramètre mouillant microscopique αw pour la silice plane lisse, la surface de graphite et les matériaux nanoporeux rugueux. Les valeurs de αw pour les liquides sur ces substrats de silice et de graphite (Figure 5 a, B) se trouvent selon l’équation suivante.

Equation 3(3)

Ici,
Εfw, εff = les profondeurs de l’énergie du potentiel de Lennard-Jones ;
Σfw = la longueur de la collision le potentiel de Lennard-Jones ;
Ρw = le nombre d’atomes solides par unité de volume ;
Δ = la distance entre les couches de séparation dans le substrat.

Ces valeurs sont extraites de la littérature publiée antérieurement22,23,24. La mesure de mouillabilité permet la caractérisation des interactions adsorbant/adsorbant. Avec la méthode par titrage potentiométrique et analyse EDX, la mesure de mouillabilité fournit une description complète des propriétés de surface d’un échantillon donné. Plus le contact angle, plus la mouillabilité, ce qui signifie que l’interaction entre la molécule liquide pénétrante et la surface étudiée est plus forte (Figure 5 a, B).

La figure 6 montre que la rugosité fractions f calculée à partir de la Cassie-Baxter modèle25.vs le paramètre microscopiques de mouillage pour le carbone nanoporeux (MOC ; Figure 6 a) et de la silice (SBA-15 ; Figure 6 b) matrice. Nous partons du principe que le mouillage sur les surfaces rugueuses s’effectue selon le mécanisme de Cassie-Baxter (c.-à-d., la goutte du liquide ne pénètre pas dans les cavités, mais est sur le dessus les irrégularités [comme indiqué dans les cartons de la Figure 5 a, B ]). Dans ce modèle, l’angle de contact sur le θ surface rugueusep est décrit comme : 

cosθp = f(1 + cosθ) - 1 (4)

Ici,
Θ = la valeur de l’angle de contact sur un support lisse non poreux (verre) ;
f = est la fraction de la surface poreuse qui est en contact direct avec l’interface liquide.

Il faut évaluer la rugosité fractions f (équation 4) qui agit comme un facteur de correction pour l’interprétation des mesures de l’angle de contact pour les molécules liquides avec la surface de l’échantillon dans les pores.

La figure 7 présente les résultats de spectroscopie diélectrique pour eau deutérée confiné dans les échantillons étudiés de la MOC (Figure 7 a) et SBA-15 (Figure 7 b). Celles-ci révèlent la dépendance de la température de capacité électrique C pour les deux échantillons (Figure 7 a, B). À l’état solide de la substance polaire, leur orientation polarisation disparaît, et la constante diélectrique ε est égale à n2, où n est l’indice de réfraction de la substance. La forte augmentation visible dans les courbes de T - Cindique les fusion des transitions de phase se produisant dans le système. La température de l’augmentation anormale de la fonction de C-T permet de déterminer les teintes du liquide en vrac et le point de fusion dans les pores de l’échantillon étudié.

Figure 1
Figure 1 : Experimental N2 adsorption/désorption isotherme parcelle à 77 K et distributions de la porosité de la méthode (BJH) de Barrett, Joyner et Halenda7,26,27. Pour matériau de carbone nanoporeux (A et B) et ()C et D) silice SBA-15 matériel. Les isothermes d’azote montrent des cycles d’hystérésis caractéristique, fournissant des informations sur la forme et des distributions de taille des pores a étudié des pores. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 2
Figure 2 : images TEM illustrant la structure de canaux ordonnée nanoporeux. (A - C) images TEM du carbone nanoporeux le long de la direction (001) à différents grossissements. (D - E) la structure du SBA-15. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 3
Figure 3 : résultats de titrage potentiométrique pour MOC et SBA-15 (influence du pH sur la densité de charge superficielle). La dépendance de la densité de charge superficielle du pH montre les différences dans le caractère électrochimique des deux matériaux ; le point pzc fournit des informations sur le nombre de sites acides sur la surface de l’échantillon. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 4
Figure 4 : exemples de spectres de TEM - EDS et analyse dir. (A et B) spectres EDS pour l’échantillon de la MOC, enregistré dans deux régions différentes marqué sur l’image TEM. (C), éd. spectres et résultat de l’analyse quantitative de l’échantillon de SBA-15. Les résultats quantitatifs de l’analyse de l’EDS donnent des informations sur la présence d’éléments dans les groupes fonctionnels responsables de la réactivité de surface ; Il s’agit d’une technique complémentaire au titrage potentiométrique. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 5
Figure 5 : Les angles de Contact vs le paramètre mouillant microscopiques mesuré à l’intérieur les matrices poreuses. (A) la nanoporeux carbone (MOC) et matrice de silice (SBA-15) (B), appelé aux angles de contact par rapport à la fonction de paramètre microscopiques mouillage sur HOPG lisse et substrats de verre, respectivement. La mouillabilité à l’intérieur des pores se réfère à la mouillabilité sur surfaces planes et fournit des informations sur l’influence de la rugosité de pore sur les interactions de l’adsorbat/adsorbant. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 6
Figure 6 : La rugosité fractions f calculée à partir de la Cassie-Baxter modèle vs le paramètre mouillant microscopiques. Pour le carbone (A) la nanoporeux (MOC) et matrice de silice (SBA-15) (B). Une application du modèle Cassie-Baxter de mouillabilité permet l’interprétation des angles de contact sur des supports poreux rugueux. Les fractions f calculées à partir de ce modèle décrivent le pourcentage des contributions de la paroi poreuse qui sont en contact direct avec la surface du liquide. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Figure 7
Figure 7 : Dépendances de température de capacité électrique de D2O eau confinée à l’intérieur de la matrice poreuse MOC et SBA-15. La MOC (A) et la matrice poreuse (B) SBA-15. L’interprétation de la fonction de C-T permet l’identification de la température de la transition de phase de D2O dans les pores et dans la plus grande partie se produisant dans le système étudié. Une augmentation de plomb fonction C-T à l’augmentation du point de fusion pour les deux en vrac de l’eau et limite l’eau dans les pores. La valeur du déplacement du point fusion dans les pores par rapport à la plus grande partie repose sur les interactions moléculaires de l’hôte/invité. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.

Échantillon Superficie (SBET)un  Volume de pore Distribution de taille des pores
(m2/g) (cm3/g) (nm)
STotal Smicb TotalVc Vmicb Dhd Dmo (NLDFT)e Dmo(BJH)f
MOC 757 23 0,87 0,006 4.6 0,4 3.9
SBA-15 460 16 0,6 0,004 5.3 * 5.5

Tableau 1 : les valeurs des paramètres de textures qui décrit une structure poreuse de nanoporeux ordonnée carbone et silice SBA-15 obtenu N 2 les isothermes de sorption. un Superficie de pari calculé à l’aide de points expérimentaux à la pression relative (P/P0) 0,035 - 0,31, où P et P0 sont désignés comme la pression d’équilibre et de la saturation de l’azote. b Surface et volume des micropores calculée par la méthode de t-parcelle avec une épaisseur statistique aménagée dans la gamme de 3,56 à 4,86 de pores Å. volume Total de pore ccalculé par 0,0015468 x la quantité d’azote adsorbé à P/P0 = 0,99. d Diamètres de pores hydraulique calculées à partir de la mise des zones de surface et volumes selon l’équation de pores : Dh = 4V/S. e Le diamètre de pore estimé du maximum de PSD de la théorie fonctionnelle de densité non local (NLDFT). A effectué des calculs de NLDFT à l’aide d’une régularisation non négative de 0,001 et la géométrie cylindrique de pores comme un modèle de porosité de carbone. f Le diamètre de pore estimé par la méthode BJH (les mêmes résultats pour les données d’adsorption et de désorption). * L’absence de valeurs des diamètres de pores de SBA-15 estimée à partir de la méthode NLDFT. 

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Discussion

Les étapes critiques lors de la préparation du matériau carbone mésoporeux ordonnée comprennent la préparation des matériaux silice mésoporeuse ordonnée en tant que le modèle avec des propriétés structurales bien définis qui affectent les propriétés des matériaux finales et un étape/carbonisation de trempe sous atmosphère d’azote. La modification de la méthode typique de préparation de la mésoporeux ordonnée silicates avec pores cylindriques28 préoccupations l’application d’un agent de mise en scène structure atypique qui est polymère PE10500, pour l’amélioration de la structure propriétés du matériau. La structure poreuse en trois dimensions, reliés entre eux et stable du modèle est nécessaire pour la préparation des matériaux mésoporeux carbone. En outre, un inconvénient essentiel de la préparation est la condition essentielle de l’exemple de traitement pour la suppression de modèle. Les propriétés des produits chimiques utilisés dans cette étape peuvent influer sur la surface de carbone et sa fonctionnalité. Conformément à la stratégie présentée, la préparation de la réplication négative de MOC est basée sur le modèle de solides mésoporeux ordonnée. Le contrôle de taille de pore et commande symétrique sont simplement déterminés à l’aide du modèle de silice et ne sont pas associées à l’interaction entre le modèle et le précurseur de carbone. Le potentiel de la MOC pour divers systèmes électrochimiques ait été indiqué dans la littérature29,30. Le mécanisme d’imprégnation présenté dans ce travail est responsable du processus facile à reproduire avec précision la structure négative du modèle silice. La nature de la procédure de modèle dur garantit que les phénomènes de pyrolyse provoquent moins de dégâts à la structure régulière et ordonnée. En outre, cette méthode permet une graphitisation plus facile des matières MOC formé au sein du modèle solid.

L’expérimental isotherme d’adsorption/désorption de2 N (Figure 1 a, C) a été utilisé pour obtenir des renseignements préliminaires sur le type et la taille de la porosité. Le caractère nanoporeux du matériel a été clairement confirmé. Une petite augmentation de la quantité d’azote adsorbé dans la phase initiale du processus (dans la plage de pression relative inférieure à 0,03) et son augmentation significative de la nouvelle gamme de pression relative (en particulier dans la gamme de mesures) indique le existence d’un nombre important de mesures et de l’absence, ou un très petit nombre, des micropores. Les isothermes d’adsorption-désorption obtenues pour ce matériau sont typiques de type-IV (classification d’IUPAC31), qui est une réflexion correcte du système carbone mésoporeux canal avec une scène de forte condensation capillaire au parent intermédiaire pression (0,45 - 0,9 P/P,0). La position de l’étape de la condensation capillaire correspond à la taille principale de mesures (environ 4-5 nm). L’échantillon étudié carbone présente également une grande surface spécifique (757 m2·g-1) et un volume de pore significative (0,87 cm3·g-1).

Les étapes critiques lors des mesures d’adsorption/désorption azote sont l’étape de détermination d’échantillon de masse très précis et la dégazer suffisamment étape. La procédure de mesure a été effectuée selon les lignes directrices appropriées. Malgré le fait que la détermination de la surface et la répartition porométrique repose sur les mesures d’adsorption, l’interprétation des isothermes expérimentales n’est pas toujours directe.

Pendant le calcul de la distribution des mesures, par application de l’équation modifiée de Kelvin (qui est le fondement de la théorie), il est nécessaire d’accepter l’hypothèse des pores rigides de forme bien définie. En outre, la gamme de validité de l’équation de Kelvin et l’interprétation des cycles d’hystérésis sur les isothermes restent les problèmes non résolus. La possibilité de facilitation est liée à l’application de méthodes empiriques d’analyse isotherme (p. ex.,αs-méthode29,30,31,32, 33,,34). Cependant, cette manière nécessite l’utilisation des données d’adsorption obtenues avec des matériaux de référence non poreuses.

Figure 1 b D présente les distributions granulométriques de la mesures des échantillons étudiés (PSD). L’hypothèse de la théorie BJH a permis la détermination de la distribution des mesures. La courbe PSD présentée dans la Figure 1 b suggère que l’échantillon de carbone contenait des mesures des tailles de 3,5 à 4 nm, tandis que SBA-15 possédait des pores d’un diamètre d’environ 5 nm (voir Figure 1). Fait intéressant, pour l’exemple de l’OMC, les maxima des courbes de distribution de taille de pore calculé adsorption et désorption données sont très semblables. Comme exacte concordance entre les résultats, compte tenu des différents mécanismes des phénomènes d’adsorption et de désorption, la preuve un caractère très ordonné et uniform du matériau. Les propriétés texturales déterminées à partir des isothermes expérimentales sont résumées dans le tableau 1.

Les propriétés de la structure de réseau de pores basé sur les analyses physiques d’adsorption/désorption sont fondamentales pour la caractérisation de nanomatériaux et de nanopoudres. Méthodes d’adsorption/désorption azote peuvent être considérés comme la première étape dans la caractérisation des solides microporeux et mésoporeux. La méthode est, en général, applicable à des échantillons de toutes les classes de corps poreux ou matériaux et permet d’estimer les structures poreuses sur la base de la forme des isothermes et d’hystérésis directement à partir de la mesure expérimentale. L’adsorption/désorption azote à côté les autres méthodes de détermination de la structure poreuse (intrusion liquide35 et lumière, rayons x et neutrons diffusion36,microscopes et37 32) est le plus important et technique utile en raison du large applicabilité et mutuelle comparabilité des résultats.

L’azote est une molécule de gaz adsorbantes standard pour la caractérisation des pores par méthode d’adsorption gazeuse. Il est possible d’utiliser d’autres types de molécules (dioxyde de carbone, argon, krypton) pour l’obtention de nouveaux renseignements au sujet de l’échantillon et pour la caractérisation de matériaux microporeux.

Les micrographies TEM des échantillons étudiés de MOC et SBA-15 sont présentés dans la Figure 2. Ils ont confirmé un système hautement ordonné de mesures, comprenant des canaux poreux parallèles et très similaire et une structure en forme de tige de carbone avec le pore taille ~ 11 nm (Figure 2 a-C). Microphotographies TEM de MOC a confirmé une symétrie hexagonale des pores à la suite de la réplique inverse du précurseur de silice nanoporeux initiale et d’un diamètre de pores entre les tiges de 4,0 nm. L’échantillon de SBA-15 montre la structure hexagonale ordonnée bidimensionnelle de la mesures ; la structure ordonnée de SBA-15 est observée dans les deux projections, ainsi que les canaux nanoporeux et perpendiculairement à eux (Figure 2D, E). Ces observations sont en bon accord avec les valeurs obtenues à partir des données de sorption azote expérimentale (voir tableau 1). Microscopie électronique en transmission est capable de fournir des images à une résolution supérieure à la microscopie photonique en raison de la plus petite longueur d’onde de Broglie des électrons. Cela nous permet de capturer les détails des milliers de fois plus petits qu’un objet peut être résolu vu dans un microscope photonique. Dans cette méthode, l’image vient de l’interaction des électrons avec l’échantillon lorsque le faisceau est transmis tout au long de l’échantillon. Par conséquent, une des limites de la méthode est que l’échantillon devrait être un film ultramince de moins de 100 nm d’épaisseur ou une suspension appliqué sur une grille. TEM est perfectible sur par un microscope électronique à balayage transmission (tige). Il devrait être possible par l’ajout d’un système combiné avec des détecteurs appropriés, qui seront raster du faisceau dans l’échantillon pour former l’image.

Le pH de l’exposé du point zéro de MOC (c.-à-d., la valeur de pH au-dessous duquel la surface totale des particules de carbone est chargée positivement) s’est avéré au-dessus de pH = 10 (Figure 3). Pour comparaison, le pH de l’exposé du point zéro du matériau SBA-15 est égal à environ 4,5. Titrage potentiométrique SBA-15 matériel révèle un changement de pHpzc vers des valeurs de pH inférieures, attestant de l’existence de certains centres d’acide sur la surface de SBA-15. Les sites chargés négativement augmentent les interactions de Van der Waals entre les molécules d’adsorbant/adsorbat dans la matrice de SBA-15, améliorant les propriétés adsorbantes de la matrice de silice.

Les étapes critiques pendant la mesure de la méthode par titrage potentiométrique incluent l’ajout très précis de la solution titrante à la suspension et la continuité d’agitation. La procédure de titrage potentiométrique a été entièrement automatisée pour assurer les résultats les plus fiables. Une autre étape importante et unique a été l’application des logiciels spéciaux pour le contrôle des calculs et des conditions expérimentales. La limitation de cette méthode est l’étape de calibrage de l’électrode de pH et de la nécessité d’assurer une atmosphère stable (par exemple, azote) et la température. Titrage potentiométrique peut être qualifiée d’un titrage acido-basique. Cette technique nécessite des mesures de la variation de tension sur mesures ajout de solution titrante. Il fournit une technique adaptable, abordable et très précise pour atteindre la grande pureté, ce qui est essentielle dans de nombreux domaines, en particulier dans les produits pharmaceutiques et des études fonctionnelles de matière. En fait, il y a un certain nombre de types de titrages potentiométriques. Il y a, par exemple, acide-base, oxydoréduction, précipitations et complexométriques techniques. Les titrages potentiométriques peuvent être réalisés automatiquement, il assure une plus grande capacité pour la caractérisation des échantillons.

Le pzc correspond à l’intersection de la courbe de titrage d’électrolyte et la courbe de titrage enregistré pour matériau de carbone, ainsi que l’intersection de la courbe de densité de charge superficielle avec l’axe. Le résultat suggère que, penchées, commandé nanoporeux matériau carbone a les propriétés de base liées à la présence de groupements fonctionnels oxygène (-groupes terminaux OH de cétone, systèmes de bague, chromenic et électrons π pyronic)38,39 ,40,41. Les propriétés de base de la surface de carbone peuvent être le résultat d’un traitement thermique qui provoque la destruction progressive et l’élimination des acides d’oxygène des groupes fonctionnels (par exemple, carboxyles, lactones et phénols) et, ainsi, enrichit la surface de carbone en basic groupes fonctionnels42. La présence de ces sites de base est une conséquence de la baisse simultanée du nombre de sites acides et une réduction de l’oxygène directement associée à l’acidité. Le contenu d’oxygène a été vérifié par la TEM-EDS.

Images de spectres de TEM-EDS de la surface de la MOC dans deux régions différentes de l’échantillon sont affichés dans la Figure 4 a, B. Les atomes d’oxygène et de silicium de la surface de l’OMC ont été détectés malgré la quantité prédominante de carbone. L’atomique et le pourcentage en poids des éléments, présentés comme des encarts et provenant de différents domaines des échantillons, sont similaires et indiquer environ 98 % est constitué de carbone et seulement un peu plus de 1 % de la composition est attribuable à l’oxygène. Micro-analyse EDS peut suggérer que le caractère fondamental de la surface de la MOC est associé à très faible nombre de groupes fonctionnels contenant de l’oxygène, qui a généralement des fonctions acides. En outre, les groupes fonctionnels base peut être responsables de la culture de la hydrophilicité des matériaux carbone. Un spectre d’EDS de matrice de silice confirme la principale contribution de l’abondance d’oxygène et le silicium dans le SBA-15 (Figure 4). EDX est une des techniques qui déterminent la composition atomique de l’échantillon. Il ne donne pas des informations chimiques (p. ex., état d’oxydation, des liaisons chimiques), comme une méthode XPS. Pour une analyse quantitative, EDX n’est pas adapté aux éléments légers (e.g.,like d’oxygène), puisqu’il peut seulement détecter la présence d’oxygène, mais ne peut pas quantifier ce. Cette méthode ne fonctionne que sur la surface des couches minces (de quelques microns ou moins) et est assez sensible à la contamination de l’échantillon.

Dans la Figure 5 A, B , les résultats de contact angle mensurations pour plusieurs liquides sur silice et substrats carbonés sont présentés ; Nous pouvons voir que les systèmes révèlent un large éventail de wettabilities. Deux des substrats appliquées sont lisses et planes, à savoir la silice et du carbone surfaces, tandis que les autres montrent la rugosité et contiennent des mesures. Les angles de contact mesurées sont présentés contrele paramètre mouillant microscopiques, αw. Ce paramètre correspond au rapport entre les interactions intermoléculaires mur liquide-pore à l’interaction de deux molécules liquides22,23,24. Par conséquent, il mesure les propriétés de mouillage à la nano - et macroéchelles. Le paramètre αw s’est avéré être une fonction monotone de l’angle de contact. Selon les mesures, les valeurs des angles de contact pour les surfaces avec roughnessare plus élevé que ceux pour les surfaces lisses et planes, quel que soit le type de liquides étudiés, y compris qu’andwell-mouillage liquides.

Ces résultats suggèrent que le mécanisme de Cassie-Baxter de mouillabilité sur nanorugeux surfaces des murs poreux. En outre, les angles de contact mesurée pour plusieurs liquides à l’intérieur de la silice et carbone nanopores indiquer meilleure mouillabilité des murs silice que les murs de carbone, et l’influence de la rugosité de pore sur les interactions fluide/mur est plus prononcé pour la silice que de carbone nanopores. La méthode de l’ascension capillaire est utilisée pour déterminer les angles de contact et la mouillabilité des particules fines dans les poudres. Pour un substrat plat solide, beaucoup de techniques, telles que la méthode drop sessiles et méthode de plaques Wilhelmy, peut servir pour communiquer avec les mesures d’angles. L’utilisation de l’ascension capillaire méthode suppose la satisfaction de quatre conditions au cours du processus (c.-à-d., équation de Washburn est dérivée basé sur ces quatre hypothèses) : (1) un constant flux laminaire, (2) l’absence d’une pression externe, (3) négligeable la force de gravitation et (4) le liquide à l’interface solide-liquide ne bouge pas. La pression hydrostatique est beaucoup plus petite que la pression capillaire ; par conséquent, la pression capillaire provoque le liquide s’élever vers le haut le long du tube. Les études de la mouillabilité des petites particules devraient toujours tenir compte de la précision et la reproductibilité des résultats.

Tomeasure avec précision l’angle de contact de petites particules, les augmentations de pression et les effets hydrostatiques devrait tenir compte dans l’équation de Washburn pour décrire plus précisément la relation entre l’accroissement de la pression et le temps.

Dans la Figure 6 a, B, nous présentons la fraction f (décrivant la partie d’une surface poreuse qui est en contact direct avec l’interface liquide), défini comme f = (1 + cosθp) / (1 + cosθ). Il prend les valeurs de la gamme de 0,73 (H2O) à 0,92 (OMCTS) pour matrice de silice et de la gamme de 0,82 (H2O) à 0,93 (OMCTS) matrice de carbone. En outre, la fraction f augmente de façon monotone avec le paramètre αw croissant, ce qui confirme le modèle de Cassie-Baxter de mouillage sur des substrats bruts.

Ces résultats, discutés dans le cadre du modèle Cassie-Baxter, montrent que pour nanosurfaces, l’influence des microrugosités affecte significativement des changements dans les interactions fluide-mur.

Pour étudier l’influence du caractère des surfaces poreuses sur les effets de confinement de D2O SBA-15 et des matrices de MOC avec une taille de pore comparables de 5 nm, la méthode diélectrique a été utilisé. Les résultats de la capacité électrique d’eau placée dans la MOC et SBA-15 lors du chauffage, tel que présenté dans la Figure 7 a et 7 b de la Figureet, respectivement, indiquent que la dépendance en température capacité C montre une forte augmentation à T = 260 K, correspondant à la fonte des adsorbé D2O à l’intérieur des pores de SBA-15 et à T = 246,1 K, qui se réfère à la fonte de l’eau adsorbée à l’intérieur des pores de MOC. Pour les deux systèmes, on observe une augmentation de la fonction C(T) à T = 276,5 K, qui est appelé le point de fusion de l’eau en vrac deutéré. Les signaux observés sont liés à la fois l’essentiel et le liquide confiné parce que les échantillons sont étudiés en suspension dans des matrices poreuses remplies avec le liquide en excès. Par rapport à celle de la plus grande partie, la température de fusion de D2O dans les pores de la SBA-15 est déprimée par ΔT = T − T dem, porem, en vrac =-16,5 K, tandis que pour les MOC, ΔT = k-30.4.

Ces résultats proviennent de diverses structures de la paroi du pore. La température de fusion dans les pores Tm, pores dépend de deux variables, à savoir la taille des pores H et le paramètre de mouillabilité αw. Pour les plus petites valeurs αw (αw < 1), la dépression de Tm, pore est attendue. Si la largeur de pore H est le même, la variation de la valeur αw du système affecte le changement de Tm, pore. Les résultats de la mouillabilité de pores montrent que la valeur αw dans les deux systèmes étudiés diminue en raison des effets de rugosité par rapport à celles de la surface lisse. Les travaux de mouillabilité immergée dans les pores Ne = γlcosθp est beaucoup moins pour D2O de MOC (Ne = 4,2432 [mN/m]) que dans le SBA-15 (Ne = 20 968 [mN/m]), qui conduit à une forte dépression du point de fusion dans ce système, par rapport à celle de D2O dans le système de SBA-15.

Les résultats obtenus montrent une amélioration des effets de l’adhérence sur le mur de silice poreuse, par rapport à ceux sur le mur de carbone. Cette méthode a quelques limitations lorsqu’elle est appliquée à des échantillons étudiés. L’un d’eux vient du fait que le dossier de la fonction C(T) contient le signal à la fois le liquide en vrac et le liquide confiné dans les pores. Par conséquent, le signal du liquide non polaire clos est faible, et il est difficile de déterminer la température de fusion. À l’avenir, il vaut la peine de combinant quelques méthodes supplémentaires avec elle. (p. ex., différentielle analyse calorimétrique une vitesse de chauffe lente ou centrifugation de l’échantillon pour obtenir un échantillon concentré sans n’importe quel liquide). En outre, pour les échantillons conducteurs, il y a un besoin d’utiliser une plaque de polytétrafluoroéthylène. Un avantage de la méthode de spectroscopie diélectrique est le fait que la méthode est utilisée beaucoup, dans de nombreux domaines de recherche, tels que les transitions de verre et chronologique des mouvements moléculaires, correspondant à la longueur de temps dans les dizaines de femtosecondes à nanosecondes. Par conséquent, il est important de fournir des fréquences allant de mégahertz à térahertz. Dans le cas par exemple de décomposition des spectres obtenus ou l’interprétation et l’analyse quantitative des résultats, la technique ressemble à banaliser spectroscopies. Toutefois, la méthode diélectrique étudie les fluctuations collectives des molécules avec un moment de dipôle permanent (liquides polaires). Par exemple, la spectroscopie infrarouge fournit plus d’informations complémentaires, même si la sensibilité dans le sens des modes collectifs peut gêner l’interprétation des spectres diélectriques.

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Disclosures

Les auteurs n’ont rien à divulguer.

Acknowledgments

Les auteurs tiennent à remercier le Centre National des sciences, pour avoir fourni un soutien financier grant pas. DEC-2013/09/B/ST4/03711 et UMO-2016/22/ST4/00092. Les auteurs sont également reconnaissants pour la prise en charge partielle de la Pologne programme opérationnel Capital humain PO KL 4.1.1, aussi bien à partir du Centre National de recherche et développement, au titre de la recherche accorde le no. PBS1/A9/13/2012. Les auteurs sont particulièrement reconnaissants pour Prof. L. Hołysz de la Division des phénomènes Interfaciaux, faculté de chimie, Université Marie Curie-Skłodowska, Lublin, Pologne, pour sa gentillesse et permettant la mesure de la mouillabilité de la SBA-15 nanopores.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1,3,5-trimethylbenzene Sigma-Aldrich, Poland M7200 Sigma-Aldrich Mesitylene, also known as 1,3,5-trimethylbenzene, reagent grade, assay: 98%.
anhydrous ethanol POCH, Avantor Performance Materials Poland S.A. 396480111 Assay, min. 99.8 %, analysis-pur (a.p.)
ASAP 2020. Accelerated Surface Area and Porosimetry System Micromeritics Instrument Corporation, Norcross, GA, USA Samples were outgassed before analysis at 120 oC for 24 hours in degas port of analyzer. The dead space volume was measured for calibration on experimental measurement using helium as a adsorbate.
Automatic burette Dosimat 665 Metrohm, Switzerland The surface charge properties were experimentally determined by potentiometric titration of the suspension at constant temperature 20°C maintained by the thermostatic device. Prior to potentiometric titration measurements, the solid samples were dried by 24 hours at 120 oC. The initial pH was established by addition of 0.3 cm3 of 0.2 mol/L HCl. T The 0.1 mol/L NaOH solution was used as a titrant, added gradually by using automatic burette.
Digital pH-meter pHm-240 Radiometer, Copenhagen Device coupled with automatic burette
ethyl alcohol POCH, Avantor Performance Materials Poland S.A. 396420420 Assay, min. 96 %.analysis-pur (a.p.)
glucose POCH, Avantor Performance Materials Poland S.A. 459560448 assay 99.5%
Hydrochloric acid POCH, Avantor Performance Materials Poland S.A. 575283115 Hydrochloric acid, 35 - 38% analysis-pur (a.p.)
HOPG graphite substrate Spi Supplies LOT#1170906 HOPG SPI-2 Grade, 20x20x1 mm
Impedance analyzer Solartron 1260 Solartron
Pluronic PE 6400 polymer BASF (Polska) (EO13PO70EO13)
Pluronic PE10500 BASF Canada Inc. Molar mass 6500 g/mol
potassium hydroxide Sigma-Aldrich, Poland P5958 Sigma-Aldrich BioXtra, ≥85% KOH basis
SEM microscope JEOL JSM-7001F Scanning Electron Microscope with EDS detector
Sigma Force Tensiometer 701 KSV, Sigma701, Biolin Scientific force tensiometer
Sulfuric acid (VI) POCH, Avantor Performance Materials Poland S.A. 575000115
surface glass type KS 324 Kavalier Megan Poland 80 % of SiO2 , 11% of Na2O and 9% of CaO
Tecnai G2 T20 X-TWIN FEI, USA Transmission Electron Microscope with EDX detector.
TEM microscope JEOL JEM-1400
temperature controller ITC503 Oxford Instruments
Tetraethylorthosilicate Sigma-Aldrich, Poland 131903 Tetraethyl silicate, TEOS, reagent grade, assay 98%
Ultrapure water Millipore, Merck KGaA, Darmstadt, Germany SIMSV0001 Simplicity Water Purification SystemUltrapure Water: 18.2 MegOhm·cm, TOC: <5 ppb

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Chimie numéro 145 nanoporeux carbones modèle Cassie-Baxter mouillabilité équation modifiée de Washburn paramètre de mouillage microscopiques isothermes d’adsorption/désorption azote titrage potentiométrique acidité
Propriétés de surface de synthèse nanoporeux carbone et silice Matrices
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Sterczyńska, A., Śliwińska-Bartkowiak, M., Zienkiewicz-Strzałka, M., Deryło-Marczewska, A. Surface Properties of Synthesized Nanoporous Carbon and Silica Matrices. J. Vis. Exp. (145), e58395, doi:10.3791/58395 (2019).

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