Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Smeltet Salt syntese af komplekse metaloxid nanopartikler

Published: October 27, 2018 doi: 10.3791/58482
Automatic Translation
1, 1, 1,2, 1,3
1Department of Chemistry, University of Texas Rio Grande Valley, 2Radiochemistry Division, Bhabha Atomic Research Centre, 3School of Earth, Environmental, and Marine Sciences, University of Texas Rio Grande Valley

Summary

Her viser vi en unik, forholdsvis lav temperatur, smeltet salt syntese metode for at udarbejde ensartede komplekse metaloxid lanthan hafnate nanopartikler.

Abstract

Udvikling af metoder til muligt syntesen er kritiske for den vellykkede udforskning af nye egenskaber og potentielle anvendelser af nanomaterialer. Her, introducere vi metoden smeltet salt syntese (MSS) for at gøre metaloxid nanomaterialer. Fordele frem for andre metoder omfatter dets enkelhed, greenness, pålidelighed, skalerbarhed og generalizability. Ved hjælp af pyrochlor lanthan hafnium oxid (La2Hf2O7) som repræsentant, beskriver vi MSS protokol for vellykket syntese af komplekse metaloxid nanopartikler (NPs). Desuden, denne metode har den unikke evne til at producere NPs med forskellige materielle funktioner ved at ændre forskellige syntese parametre såsom pH, temperatur, varighed og efter afkølingen. Af finjustering disse parametre, er vi i stand til at syntetisere meget ensartede, ikke-agglomererede og meget krystallinske NPs. Som et konkret eksempel varierer vi La2Hf2O7 NPs partikelstørrelse ved at ændre koncentrationen af ammoniumhydroxid løsningen anvendes i MSS-proces, som giver os mulighed for at udforske virkningerne af partikelstørrelse på forskellige egenskaber. Det forventes, at metoden MSS bliver en mere populær syntese metode for nanomaterialer og mere bredt ansat i nanovidenskab og nanoteknologi samfund i de kommende år.

Introduction

Molten salt syntese (MSS) indebærer brug af en smeltet salt som reaktion medium for at forberede nanomaterialer fra deres konstituerende prækursorer. Smeltet salt fungerer som opløsningsmiddel og letter den forbedrede reaktionshastigheden ved at øge området kontakt mellem reaktanter og deres mobilitet. Valget af smeltede salte er altafgørende for succes af MSS-metoden. Salt skal opfylde nogle vigtige kvalitetskrav som lavt smeltepunkt, kompatibilitet med krydsreagerende arter og optimal vandig opløselighed. Smeltet salt er tidligere blevet brugt til at øge hastigheden af solid-state reaktioner; dog i en flux system, kun en lille mængde af smeltet salt bruges (i modsætning til i MSS, hvor en stor mængde er tilføjet til at danne en opløselig medium for reaktion og kontrollere egenskaberne for den syntetiserede nanomaterialer, såsom partikelstørrelse, form og crystallinity osv.). I denne forstand er MSS en ændring af metoden pulver metallurgiske og forskellig fra flux metode1,2,3. Beskæftigelse af smeltet salt kan (1) øge reaktion kinetic sats4 mens faldende syntese temperatur5, (2) øge graden af reaktanter homogenitet6, (3) kontrol krystallinsk størrelse og morfologi7og (4) reducere niveauet af byområdet.

Nanomaterialer har været i stor efterspørgsel i videnskabelig forskning og nye industrielle anvendelser på grund af deres overlegne elektriske, kemiske, magnetiske, optiske, elektronisk og termiske egenskaber. Deres egenskaber er meget afhængige af partikelstørrelse, form og crystallinity. Sammenlignet med andre syntese metoder for nanomaterialer, har MSS flere åbenlyse fordele; selv om det ikke endnu er så kendte som andre syntese metoder i nanovidenskab og nanoteknologi samfund. Som beskrevet nedenfor, omfatter disse fordele dets enkelhed, pålidelighed, skalerbarhed, generalizability, miljøvenlighed, omkostningseffektivitet, relativ lav syntese temperatur og gratis bymæssige bebyggelser af NPs med ren overflade8.

Enkelhed: MSS proces kan nemt udføres i et simpelt laboratorium med grundlæggende faciliteter. Ingen avancerede instrumentation er nødvendig. Prækursorer og smeltede salte er luft stabil uden behov for handskerummet håndtering.

Pålidelighed: Når alle indledende syntese parametre som koncentration, pH, behandlingstid, og udglødning temperatur er optimeret, høj kvalitet og rene produkter er sikret når du bruger metoden MSS. Hvis alle syntese trin udføres korrekt, kan de endelige produkter nå alle grundlæggende kriterier behov for god kvalitet NPs. En novice til metoden MSS vil ikke ændre syntese resultat, så længe alle syntese parametre følges korrekt og omhyggeligt.

Skalerbarhed: Metoden MSS evne til at producere store mængder af størrelse - og figur-kontrollerede partikler er afgørende. Denne kritiske faktor er vigtig, fordi det giver mulighed for bestemmelse af industriel anvendelighed og effektivitet. Sammenlignet med andre syntese teknikker, kan MSS nemt generere en tilstrækkelig mængde af produkter ved at justere støkiometriske beløb under processen. Dette er et vigtigt element i metoden, fordi det giver mulighed for bekvemmelighed på det industrielle niveau, hvilket gør det en mere ønskede tilgang på grund af denne skalerbarhed9,10.

Generalizability: Metoden MSS er også et generaliserbart teknik til at producere nanopartikler med forskellige kompositioner. End simpel metaloxider og nogle fluorider, nanomaterialer af komplekse metaloxider, der har været med succes syntetiseret af MSS-metoden omfatter perovskites (ABO3)10,11,12, 13,14, spinel (AB2O4)15,16, pyrochlor (2B2O7)4,17,18, 19, og ændres strukturer (9, en2B af4O)2,3,20. Mere specifikt omfatter disse nanomaterialer ferritter, titanates, niobates, mullit, aluminium Borat, wollastonite og kulsyreholdige apatit7,9,21. Metoden MSS er også blevet brugt til at producere nanomaterialer af forskellige morfologier nanospheres4, keramik pulver organer22, nanoflakes23, nanoplates7, nanorods24og core-shell nanopartikler (NPs)25, syntese forhold og krystalstruktur af produkterne.

Miljøvenlighed: flere traditionelle metoder til fremstilling af nanomaterialer indebærer brug af store mængder organiske opløsningsmidler og giftige stoffer, der genererer miljøspørgsmål. Hel eller delvis afskaffelse af brugen af dem og frembringelse af affald af bæredygtige processer er i efterspørgslen af grøn kemi i dag8. Metoden MSS er en miljøvenlig fremgangsmåde at syntetisere nanomaterialer beskæftiger ugiftige kemiske og vedvarende materialer og minimering af affald, biprodukter og energi.

Relativ lav syntese temperatur: forarbejdning temperatur af MSS-metoden er forholdsvis lave i forhold til det nødvendige i en konventionel solid-state reaktion26 eller en sol-gel forbrænding reaktion27. Denne lavere temperatur sparer energi mens der producerer høj kvalitet NPs.

Omkostningseffektivitet: The MSS metoden ikke kræver nogen barske eller dyre reaktanter eller opløsningsmidler eller nogen specialiserede instrumentation. Vand er den vigtigste opløsningsmiddel, bruges til at vaske væk de anvendte smeltede salte, som er også billige. Derudover omfatter eksperimentel opsætning behov kun simple glasvarer og en ovn uden specialiserede instrumentation, mens nanomaterialer med komplekse sammensætning og ildfaste kan produceres.

Byområdet gratis med ren overflade: under MSS proces, de dannede nanopartikler er godt spredte i smeltet salt medium på grund af sin store mængde sammen med sit høje ionisk styrke og viskositet1,6, 8. i modsætning til kolloidt syntese og de fleste hydrotermiske/solvothermal processer, ingen beskyttende overflade lag er nødvendig for at forhindre den fortsatte vækst og bymæssigt område af de dannede NPs.

Eksemplarisk syntese af komplekse metaloxid NPs af MSS metode: The MSS metode som en universel og omkostningseffektiv tilgang til rationelt og storstilet syntetisere nanomaterialer for et tilstrækkeligt bredt spektrum af materiale kan bifaldes stærkt af forskere arbejder i nanovidenskab og nanoteknologi. Her, lanthan hafnate (La2Hf2O7) blev valgt på grund af dens multifunktionelle programmer i områderne af X-ray imaging, høj k-dielektriske, luminescence, termografisk fosfor, termisk barriere belægning, og nukleart affald vært. La2Hf2O7 er også en god vært for doteret scintillatorer på grund af sin høje tæthed, stor effektiv atomnummer og muligheden for dens krystalstruktur at blive manipuleret sammen med en ordre-lidelse fase overgang. Det tilhører en2B2O7 familie af forbindelser, hvor "A" er en sjælden - jorden element med en + 3 oxidationstrin, og "B" repræsenterer en overgang metalliske grundstof med et + 4 oxidationstrin. På grund af ildfaste natur og komplekse kemiske sammensætning, har der dog været en mangel på ordentlig lav-temperatur og omfattende syntese metoder til La2Hf2O7 NPs.

For grundlæggende videnskabelig undersøgelse og avancerede teknologiske applikationer er det en forudsætning at gøre monodisperse, høj kvalitet og ensartet2B2O7 NPs. Her bruger vi syntese af højt krystallinsk La2Hf2O7 NPs som et eksempel til at demonstrere fordelene ved metoden MSS. Som vist skematisk i figur 1, La2Hf2O7 NPs blev udarbejdet af MSS-metoden med en to-trins proces efter vores tidligere rapporter. Første, en enkelt kilde komplekse forløber La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O blev udarbejdet via et coprecipitation rute. I andet trin af størrelse-styrbar La2Hf2O7 NPs blev syntetiseret gennem facile MSS processen ved hjælp af single-source komplekse forløber og nitrat blanding (NaNO3: KNO3 = 1:1, kindtand ratio) på 650 ° C 6 h.

Figure 1
Figur 1 : Skematisk af syntesen skridt for La 2 HF 2 O 7 NPs via metoden MSS. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. forberedelse af Single-Source komplekse forløber via en Coprecipitation rute

  1. Forberedelse af lanthan og hafnium forløber løsning
    1. Mål 200 mL destilleret vand i et 500 mL bægerglas og begynde at røre ved 300 rpm.
    2. Opløse lanthan og hafnium prækursorer i den omrøring vand [i.e., 2.165 g lanthan nitrat hexahydrat (La (3)3•6H2O) og 2.0476 g af hafnium dichloride oxide octahydrate (HfOCl2•8H2O)].
    3. Lad opløsningen omrøres i 30 min før start titreringen.
  2. Forberedelse for fortyndet ammoniakopløsning
    1. Forberede 200 mL fortyndet ammoniakopløsning med forskellige koncentrationer, herunder 0,75%, 1,5%, 3.0%, 6,0% og 7,5%. For eksempel, tilsættes 20 mL koncentreret ammoniakopløsning (NH4OH (aq), 28-30%) til 180 mL destilleret vand i et separat bægerglas at gøre 3.0% fortyndet ammoniakopløsning.
  3. Titrering og vaske en enkelt kilde komplekse forløber
    1. Tilsættes fortyndet ammoniakopløsning udarbejdet i det forrige trin til en burette og sikre, at en burette er dækket på alle tidspunkter, da ammoniakopløsning tendens til at fordampe som nedsætter koncentrationen.
    2. Tilsættes fortyndet ammoniakopløsning i burette oploesningen omrøring af lanthan nitrat og hafnium dichloride oxid dråbevis.
    3. Justere falder hastigheden af ammoniakopløsning i overensstemmelse hermed, således at det vil blive tilføjet i en periode af 2 h.
    4. Efter flere mL ammoniakopløsning er leveret, sikre, at løsningen bliver overskyet. Dette er en simpel log, bundfaldet af en enkelt kilde komplekse forløber La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O er danner.
    5. Efter 2 h, fjerne den omrøring bar og tillade bundfald til alder natten over.
    6. Tjek pH-værdien af den coprecipitated løsning før vask. Bundfaldet med destilleret vand indtil supernatanten når en neutral pH-værdi, som normalt tager 5-8 vasker.
  4. Vakuum filtrering og tørring af forløber
    1. Coprecipitated opløsningen ved hjælp af et filter papir med en grov porøsitet (40-60 µm; Se Tabel af materialer) til at adskille solid bundfaldet fra supernatanten filtreres vakuum.
    2. Sikre, at alle komplekse forløber resterne vaskes fra væggene i bægerglasset.
    3. Luft tørre den resulterende enkelt kilde komplekse forløber La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O ved rumtemperatur natten over.

2. smeltet Salt syntese af lanthan Hafnate NPs

  1. Forberedelse af salt og forløber blanding
    1. Mål 30 mmol (3.033 g) af kaliumnitrat (KNO3) og 30 mmol (2.549 g) af natriumnitrat (NaNO3).
    2. Kombinere de målte salte med 0,35 g som forberedt enkelt kilde komplekse forløber La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O.
    3. Hvis det er nødvendigt, 1-5 mL acetone eller ethanol tilsættes til blandingen for at lette den slibning. Sikre, at alle opløsningsmidlet er fordampet før du placerer blandingen ind i en smeltedigel.
    4. Grind blandet salte og forløber så fint som muligt for ca. 30 min. ved hjælp af en morter og støder.
  2. Molten salt behandling
    1. Placer den resulterende blandingen i en korund digel, og derefter placere det i en muffelovn.
    2. Sæt ovnen på 650 ° C 6 h med en rampe på 10 ° C/min.
    3. Efter prøven og ovn er afkølet til stuetemperatur, tage ud af diglen og sættetid prøven i et bægerglas, fyldt med destilleret vand natten over.
  3. Vask og tørring La2Hf2O7 NPs
    1. Tømme prøve fra esse i et 1 L bæger.
    2. Vask prøve med destilleret vand 5 - 8 gange, indtil supernatanten er klart af salte og ikke overskyet længere.
    3. Rense produkt ved centrifugering eller vakuum filtrering til at fjerne enhver resterende urenhed.
    4. Kemisk produkt i ovnen ved 90 ° C natten over.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Den som syntetiseret La2Hf2O7 NPs kan findes i den bestilte pyrochlor fase. Kemiske doping, tryk og temperatur kunne imidlertid ændre fase for at defekt fluorit. Det er muligt for vores materiale har flere faser. men her vi fokuserer udelukkende på pyrochlor fase for enkelhed. Røntgen diffraktion (XRD) og Raman spektroskopi har været brugt til systematisk karakteriserer deres fase renhed, struktur og fase. Den krystallinske størrelse kan beregnes ved hjælp af Debye-Scherrer formel. På den anden side Raman spektroskopi er brugt som en sekundær strukturel karakterisering teknik på grund af det høje følsomhed over for M-O vibrationelle tilstande28. Det identificerer den nøjagtige krystallografiske fase af La2Hf2O7 NPs29.

Sammenlignet med andre syntetiske teknikker såsom solid-state reaktioner, har MSS en høj reaktion konstant, hvilket betyder, at reaktionen er mere tilbøjelige til at gå i fremadgående retning30. Produktionen af pyrochlor La2Hf2O7 er opnået ved at øge interfacial kontaktområdet og mobilitet af arternes reaktant inde i smeltet salt systemet. Figur 2 illustrerer XRD mønstre af de syntetiserede La2Hf2O7 NPs lavet af metoden MSS fra single-source komplekse prækursorer ved hjælp af forskellige koncentrationer af ammoniakopløsning. XRD resultater viser dannelsen af ren La2Hf2O7 med høj crystallinity. Peak holdning og Miller indekser kan indekseres, baseret på den blandede Komité pulver diffraktion Standard (JCPDS) mønster #78-1292. Ingen synlige urenhed faser som La2O3, Eu2O3eller HfO2 blev ikke fundet. Der er ingen ændring i XRD mønster som funktion af den anvendte ammoniak bortset fra stigningen i partikelstørrelse. Tabel 1 viser de tilsvarende beregnede krystal parameter og partikel størrelse af La2Hf2O7 NPs.

Figure 2
Figur 2 : Røntgen diffraktion mønstre af La 2 HF 2 O 7 NPs forberedt ved at justere brugte ammoniak opløsningens koncentration så indekseret baseret på defekt fluorit mønster. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Koncentrationen af NH4OH(aq) bruges XRD data af den syntetiserede La2Hf2O7 NPs
2Θ (°) FWHM (Β) Gitter parametre (Å) Partikelstørrelse (nm)
[0,75%] 28.57 0,4 10.81 19.00
[1.5%] 28.64 0,39 10.79 20,00
[3.0%] 28.67 0,37 10.78 21,00
[6,0%] 28.69 0.31 10,77 26,00
[7.5%] 28.74 0,27 10,75 29,00

Tabel 1 : Krystallografiske parameter og partikel størrelse af La 2 HF 2 O 7 NPs forberedt ved at justere den anvendte ammoniak opløsningens koncentration viser en kontinuerlig partikel størrelse vækst. FWHM = fuld bredde på halv-maksimum.

Der er to fælles faser af A2B2O7 forbindelser: den uordnede fluorit og bestilte pyrochlor fase. Den uordnede fluorit fase findes i gruppen Fm3̅m rum, hvori alle de kationiske ioner (3 + og B4 +) fordeles tilfældigt, giver mulighed for en aktiv tilstand. På den anden side, findes bestilte pyrochlor fase i Fd3̅m plads gruppen. Derfor, det udstiller tæt strukturel lighed med fluorit fase, bortset fra at der er to kationiske websteder, tre anioniske websteder [48f (Ojeg), 8a (OII), og 8b (OIII)], og 1/8th af ilt-ioner (OIII) på 8b site fraværende i pyrochlor struktur, giver mulighed for 6 aktive modes19,28,29. Baseret på gruppeteori, har defekt fluorit struktur en vibrationelle tilstand på grund af T2g, mens en pyrochlor fase har seks vibrationelle tilstande i området fra 200-1000 cm-1. Denne information er afgørende for den korrekte fase identifikation af La2Hf2O7 NPs (figur 3). I dette tilfælde rede La2Hf2O7 NPs er i ren pyrochlor form.

Figure 3
Figur 3 : Raman spektre af La 2 HF 2 O 7 NPs forberedt ved at justere brugte ammoniak opløsningens koncentration, med seks aktive tilstande vedrørende pyrochlor fase. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Diagrammet i figur 4 giver flere pålidelige kontrollerende faktorer af MSS metode og tegner sig for alternative veje til at finjustere funktionerne af syntetiserede nanomaterialer. Derudover hjælper det til at identificere kritiske trin i forbindelse med MSS.

Figure 4
Figur 4 : Flowchart af de kritiske trin i MSS med angivelse af de kontrollerende faktorer af syntetiske proceduren for NPs med mulige veje til at finjustere deres karakteristika. Venligst klik her for at se en større version af dette tal.

Første er identiteten af prækursorer kritisk, især for syntese af komplekse metaloxid NPs. Når producerer en2B2O7 NPs, er det vigtigt at først generere en enkelt kilde komplekse forløber, som indeholder de vigtigste elementer, det endelige produkt [i.e., A og B, på en atomare niveau med formlen for A(OH)3 ·Bo(Oh)2· n H2O]. I dette eksperiment, kunne de endelige La2Hf2O7 NPs partikelstørrelse kontrolleres under dette trin ved at justere koncentrationen af titrant ammoniakopløsning, hvor en højere ammoniak opløsningens koncentration genereres større La 2 HF2O7 NPs. Andre forsøg har også udført for at gøre en2B2O7 NPs ved hjælp af forskellige prækursorer, som kommercielt tilgængelige nitrater eller oxider der indeholder de vigtigste elementer i en2B2O7; dog har ingen arbejdede4. Fordelene ved denne amorfe enkelt kilde komplekse forløber er at komponere elementerne i en2B2O7 er blandet på atomare niveau og er ensartet fordelt i samme rækkefølge som endelige et2B2 O7 produkt, sænke den plads eller række som reaktanter skal transporteres.

Andet har valg af korrekt smeltet salt stor betydning i at opnå nanomaterialer med ønskeligt morfologi og karakteristika. Smeltepunktet for den valgte salt bør være passende for syntesen af den krævede fase af nanomaterialer. Dannelsen af nanomaterialer er i sidste ende underlagt smeltepunktet af salte anvendes som smeltet opløsningsmidler, såsom alkali chlorid, sulfat, karbonat eller hydroxid1,6,31,32. Det er blevet rapporteret, at brugen af forskellige smeltede salte kan ændre dannelse temperatur, således at ændre partikel størrelse og morfologi18.

Hertil kommer, rampen sats tendens til at påvirke syntesen af de nationale parlamenter. En hurtig rampe sats har tendens til at generere sammenpresset NPs33, som påvirker deres egenskaber. I forbindelse med selvlysende og scintillation materialer, høj byområdet er ikke ønskeligt, da det kan scatter ophidset og udsendte lys17,19. En langsom rampe sats er således mere egnet og giver tid nok til at nå den faktiske temperatur inde i Digelen. En langsommere køling processen normalt giver mulighed for NPs med en kugleform at danne34.

Et andet vigtigt kriterium for udvælgelse af salt er, at det bør have tilstrækkelig vandig opløselighed. Med enkel vask af vand vaskes anvendes smeltet salt nemt væk efter MSS.

Endelig, tilføjelsen af en flygtig væske som acetone og ethanol under blanding af salte brugt og enkelt kilde komplekse forløber hjælper lethed slibeprocessen men er ikke afgørende. Tilføjelse af en væske er nyttigt at gøre en homogen blanding i kortere tid og kræver en mindre indsats, hvilket er vigtigt i generere ren produkter. Den tilføjede flygtig væske påvirker ikke de særlige kendetegn ved de resulterende NPs da det fuldt fordamper ved udgangen af slibeprocessen. På grund af sin høje volatilitet, kan den tilsatte mængde spænder overalt fra 1 til 5 mL.

Metoden MSS er en enkel og simpel måde at syntetisere NPs på ethvert Universitet og industrianlæg. Dog kan foretages ændringer i protokollen. For eksempel, i tilfælde af et vakuum filtersystem ikke er tilgængelig, kan en enkelt kilde komplekse forløber fremstillet af coprecipitation skridt centrifugeres. Forskellige eutektisk salt blandinger kan anvendes til ingeniør NPs med ønskede egenskaber.

Selvom metoden MSS er generelt let at være ansat, omfatter begrænsninger (1) muligheden for produkt dannelsen er begrænset af kontaktområdet på de ulige reaktanter i reaktion1. Derudover (2) ikke hver nanostrukturerede produkt kan være dannet inden for udvalgte smeltede salte. Disse sager er sjældne, men kan bestemt ske35. Det er ønskeligt, at de valgte salte fungerer kun som ren opløsningsmidler og ikke reagerer med reaktanter og produkter. Derudover almindelige fejl, der kan hæmme kvaliteten af de endelige nanopartikel produkter omfatter følgende: (1) først, hvis en burette ikke er dækket under titreringen, kan dette ændre koncentrationen af ammoniumhydroxid og i sidste ende ændre de størrelsen af fremstillede nanopartikler. En anden almindelig fejl er (2) ikke giver coprecipitation en periode på to timer til form. Tilføjelse af ammoniak titrant for hurtigt påvirker coprecipitation kinetik, som kan gengive inhomogene komplekse forløber. Den tredje fælde er (3) ikke slibe salt(s) og forstadier så fint som muligt, som genererer urene produkter eller inhomogene partikler.

MSS-metoden er enkel, hurtig, lav temperatur, og cost-effektive som bevist med tidligere rapporterede resultater, sammenlignet med konventionelle solid-state og sol-gel/forbrænding syntese metoder27. Det er også skalerbare, pålidelige og generaliserbart med hensyn til at gøre bymæssigt område-fri NPs uden en overflade beskyttende lag, i modsætning til kolloidt og hydrotermiske/solvothermal syntese metoder.

Anvendelsen af metoden MSS er vidt udbredt i de sidste par årtier, fra ferroelectric og ferromagnetiske materialer til materialer til Li-ion batterier36, halvledere17,37, fosfor17, 19, og elektro-katalysatorer38,39, hovedsagelig for nanosized materialer, især dem med komplekse kompositioner. Afslutningsvis, giver MSS metode en passende pathway i syntesen af simple og komplekse metaloxid NPs. Det forventes, at metoden MSS bliver en endnu mere populær syntese metode for nanomaterialer og mere bredt ansat i nanovidenskab og nanoteknologi samfund i de kommende år.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Der er ingen konflikter til at erklære.

Acknowledgments

Forfatterne vil gerne takke den finansielle støtte fra National Science Foundation under CHE (award #1710160) og USDA National Institute for fødevarer og landbrug (award #2015-38422-24059). Institut for kemi på University of Texas Rio Grande Valley er taknemmelige for den gavmilde støtte fra departementets tilskud fra Robert A. Welch Foundation (Grant nr. BX-0048). S.K.G. vil gerne takke USA-Indien uddannelse Foundation (USIEF) og Institute for International uddannelse (IIE) for hans Fulbright Nehru postdoc stipendium (award #2268/FNPDR/2017).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetone, ACS, 99.5+% Alfa Aesar 67-64-1 Dried over 4A sieves
Hafnium dichloride oxide octahydrate, 98+% (metals basis excluding Zr), Zr <1.5% Alfa Aesar 14456-34-9 Hygroscopic
Lanthanum(III) nitrate hexahydrate Aldrich 10277-43-7 Hygroscopic
Potassium nitrate, ReagentPlus R, ≥99.0% Sigma-Aldrich 7757-79-1 Hygroscopic
Sodium nitrate, ReagentPlus R, ≥99.0% Sigma-Aldrich 7631-99-4
Ammonium hydroxide, 28% NH3, NH4OH Alfa Aesar 1336-21-6
Filter paper, P8 grade Fisherbrand

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kimura, T. Molten salt synthesis of ceramic powders. Advances in Ceramics. , InTech. Chapter 4 75-100 (2011).
  2. Mao, Y., Park, T. J., Wong, S. S. Synthesis of classes of ternary metal oxide nanostructures. Chemical Communications. 0 (46), 5721-5735 (2005).
  3. Mao, Y., Zhou, H., Wong, S. S. Perovskite-phase metal oxide nanostructures: Synthesis, properties, and applications. Material Matters. 5, 50-53 (2010).
  4. Mao, Y., Guo, X., Huang, J. Y., Wang, K. L., Chang, J. P. Luminescent nanocrystals with A2B2O7 composition synthesized by a kinetically modified molten salt Method. The Journal of Physical Chemistry C. 113 (4), 1204-1208 (2009).
  5. Yu, Y., Wang, S., Li, W., Chen, Z. Low temperature synthesis of LaB6 nanoparticles by a molten salt route. Powder Technology. 323, 203-207 (2018).
  6. Liu, X., Fechler, N., Antonietti, M. Salt melt synthesis of ceramics, semiconductors and carbon nanostructures. Chemical Society Reviews. 42 (21), 8237-8265 (2013).
  7. Chang, Y., Wu, J., Zhang, M., Kupp, E., Messing, C. L. Molten salt synthesis of morphology controlled alpha-alumina platelets. Ceramics International. 43 (15), 12684-12688 (2017).
  8. Mao, Y., Park, T. J., Zhang, F., Zhou, H., Wong, S. S. Environmentally friendly methodologies for nanostructure synthesis. Small. 3 (7), 1122-1139 (2007).
  9. Liu, J. R., Hong, R. Y., Feng, W. G., Badami, D., Wang, Y. Q. Large scale production of strontium ferrite by molten salt assited coprecipitation. Powder Technology. 262, 142-149 (2014).
  10. Yuanbing, M., Banerjee, S., Wong, S. S. Large-scale synthesis of single-crystalline perovskite nanostructures. Journal of the American Chemical Society. 125 (51), 15718-15719 (2003).
  11. Mao, Y. Facile synthesis of ferromagnetic double perovskite oxide La2BMnO6 nanoparticles. RSC Advances. 2 (33), 12675-12678 (2012).
  12. Hailili, R., Wang, C., Lichtfouse, E. Perovskite nanostructures assembled in molten salt based on halogen anions KX (X = F, Cl and Br): Regulated morphology and defect-mediated photocatalytic activity. Applied Catalysis B: Enviromental. 232, 531-543 (2018).
  13. Yuanbing Mao, J. P., McCloy, J. S. Magnetic properties of double perovskite oxide La2BMnO6 nanocrystals. Nanoscale. 5 (11), 4720-4728 (2013).
  14. Mao, Y., Wong, S. S. Reproducible composition and shape control of crystalline Ca1-xSrxTiO3 perovskite nanoparticles. Advanced Materials. 17 (18), 2194-2199 (2005).
  15. Rojas-Hernandez, R. E., et al. Original synthetic route to obtain a SrAl2O4 phosphor by the molten salt method: insights into the reaction mechanism and enhancement of the persistent luminescence. Inorganic Chemistry. 54 (20), 9896-9907 (2015).
  16. Reddy, M. V., Xu, Y., Rajarajan, V., Ouyang, T., Chowdari, B. V. R. Template free facile molten synthesis and energy storage studies on MCo2O4 (M = Mg, Mn) as anode for Li-ion batteries. ACS Sustainable Chemistry and Engineering. 3 (12), 3035-3042 (2015).
  17. Zuniga, J. P., Gupta, S. K., Pokhrel, M., Mao, Y. Exploring optical properties of La2Hf2O7:Pr3+ nanoparticles under UV and X-ray excitations for potential lighting and scintillating applications. New Journal of Chemistry. 42 (12), 9381-9392 (2018).
  18. Pokhrel, M., Wahid, K., Mao, Y. Systematic studies on RE2Hf2O7:5%Eu3+ (RE = Y, La, Pr, Gd, Er, and Lu) nanoparticles: Effects of the A-Site RE3+ cation and calcination on structure and photoluminescence. The Journal of Physical Chemistry C. 120 (27), 14828-14839 (2016).
  19. Wahid, K., Pokhrel, M., Mao, Y. Structural, photoluminescence and radioluminescence properties of Eu3+ doped La2Hf2O7 nanoparticles. Journal of Solid State Chemistry. 245, 89-97 (2017).
  20. Park, T. J., Papaefthymiou, G. C., Moodenbaugh, A. R., Mao, Y., Wong, S. S. Synthesis and characterization of submicron single-crystalline Bi2Fe4O9 cubes. Journal of Materials Chemistry. 15 (21), 2099-2105 (2005).
  21. Gilbert, M. R. Molten salt synthesis of titanate pyrochlore waste-forms. Ceramics International. 42 (4), 5263-5270 (2016).
  22. Huang, Z., et al. Molten salt synthesis of La2Zr2O7 ultrafine powders. Ceramics International. 42 (5), 6221-6227 (2016).
  23. Huang, Z., Duan, H., Liu, J., Zhang, H. Preparation of lanthanum cerate powders via a simple molten salt route. Ceramics International. 42 (8), 10482-10486 (2016).
  24. Wang, G., et al. Fabrication of rod-like Ti4O7 with high conductivity by molten salt synthesis. Materials Letters. 186, 361-363 (2017).
  25. Pokhrel, M., Burger, A., Groza, M., Mao, Y. Enhance the photoluminescence and radioluminescence of La2Zr2O7:Eu3+ core nanoparticles by coating with a thin Y2O3 shell. Optical Materials. 68, 35-41 (2017).
  26. Ramesh, G., Subramanian, V., Sivasubramanian, V. Dielectric properties of lead indium niobate ceramics synthesized by conventional solid state reaction method. Materials Research Bulletin. 45 (12), 1871-1874 (2010).
  27. Gupta, S. K., et al. Role of various defects in the photoluminescence characteristics of nanocrystalline Nd2Zr2O7: An introspection through spectroscopic and DFT calculations. Journal of Materials Chemistry C. 4 (22), 4988-5000 (2016).
  28. Wang, X., Zhu, Y., Zhang, W. Preparation of lanthanum zirconate nano-powders by molten salt method. Journal of Non-Crystalline Solids. 356 (20-22), 1049-1051 (2010).
  29. Popov, V. V., et al. Fluorite-pyrochlore phase transition in nanostructured Ln2Hf2O7 (Ln = La-Lu). Journal of Alloys and Compounds. 689, 669-679 (2016).
  30. Rybarczyk, M. K., Gontarek, E., Lieder, M., Titirici, M. M. Salt melt synthesis of curved nitrogen-doped carbon nanostructures: ORR kinetics boost. Applied Surface Science. 435, 543-551 (2018).
  31. Ozen, M., Mertens, M., Snikers, F., D'Hondt, H., Cool, P. Molten-salt synthesis of tetragonal micron-sized barium titanate from a peroxo-hydroxide precursor. Advanced Powder Technology. 28 (1), 146-154 (2017).
  32. Fazli, R., Fazli, M., Safaei-Naeini, Y., Golestani-Fard, F. The effects of processing parameters on formation of nano-spinel (MgAl2O4) from LiCl molten salt. Ceramics International. 39 (6), 6265-6270 (2013).
  33. Bortolani, F., Dorey, R. A. Molten salt synthesis of PZT powder for direct write inks. Journal of the European Ceramic Society. 30 (10), 2073-2079 (2010).
  34. Zhou, H., Mao, Y., Wong, S. S. Probing structure-parameter correlations in the molten synthesis of BaZrO3 perovskite submicron-sized particles. Chemistry of Materials. 19 (22), 5238-5249 (2007).
  35. Kimura, T., Machida, M., Yamaguchi, T., Newnham, R. E. Products of reaction between PbO and Nb2O5 in molten KCl or NaCl. Journal of the American Ceramic Society. 66 (10), 195-197 (1983).
  36. Liu, S., et al. A novel rechargeable zinc-air battery with molten salt electrolyte. Journal of Power Sources. 342, 435-441 (2017).
  37. Huang, Z., Li, B., Liu, J. Molten-salt synthesis of oxyapatite La9.33Si6O26 powders as electrolytes for intermediate temperature solid oxide fuel cells. Physica status solidi A - Applicationand Materials Science. 207 (10), 2247-2251 (2010).
  38. Ahmed, J., Mao, Y. Synthesis, characterization and electrocatalytic properties of delafossite CuGaO2. Journal of Solid State Chemistry. 242 (1), 77-85 (2016).
  39. Ahmed, J., Mao, Y. Ultrafine iridium oxide nanorods synthesized by molten salt method toward electrocatalytic oxygen and hydrogen evolution reactions. Electrochimica Acta. 212, 686-693 (2016).

Tags

Kemi spørgsmål 140 Coprecipitation smeltet salt syntese komplekse metaloxider lanthan hafnium oxid nanopartikler forløber
Smeltet Salt syntese af komplekse metaloxid nanopartikler
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zuniga, J. P., Abdou, M., Gupta, S.… More

Zuniga, J. P., Abdou, M., Gupta, S. K., Mao, Y. Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles. J. Vis. Exp. (140), e58482, doi:10.3791/58482 (2018).

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