Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Karmaşık Metal Oksit nano tanecikleri erimiş tuz sentezi

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

Burada, tek tip karmaşık metal oksit lantan hafnate nano tanecikleri hazırlanması için bir benzersiz, nispeten düşük sıcaklık, erimiş tuz sentez yöntemi göstermektedir.

Abstract

Uygun sentez yöntemleri roman özellikleri başarılı keşfi ve Nanomalzemeler olası uygulamaları için önemli bir gelişmedir. Burada, metal oksit Nanomalzemeler yapmak için erimiş tuz sentezi (MSS) yöntemi tanıtmak. Avantajı diğer yöntemler üzerinde sadeliği, yeşillik, güvenilirlik, ölçeklenebilirlik ve generalizability içerir. Pyrochlore lantan hafniyum oksit (La2Hf2O7) temsilcisi olarak kullanarak, karmaşık metal oksit nano tanecikleri (NPs) başarılı bir sentez için MSS protokolü açıklar. Ayrıca, bu yöntem pH, sıcaklık, süre ve sonrası tavlama gibi çeşitli sentez parametreleri değiştirerek farklı malzeme özellikleri ile NPs üretmek için eşsiz bir yeteneği vardır. Bu parametreler ince ayar tarafından biz son derece düzgün, Sigara yığılmış ve son derece kristal NPs sentezlemek edebiliyoruz. Belirli bir örnek olarak, biz daha fazla partikül büyüklüğü etkisi çeşitli keşfetmek için bize izin verir MSS sürecinde kullanılan amonyum hidroksit çözüm konsantrasyonu değiştirerek La2Hf2O7 NPs parçacık boyutu değişir özellikleri. MSS yöntemi Nanomalzemeler ve daha yaygın olarak yaklaşan yıllarda Nanobilim ve nanoteknoloji toplum içinde istihdam için daha popüler bir sentez yöntemi olacak bekleniyor.

Introduction

Erimiş tuz sentezi (MSS) Nanomalzemeler kurucu onların öncüleri hazırlanması için bir erimiş tuz kullanımı olarak tepki aracı içerir. Erimiş tuz solvent davranır ve Reaktanları ve onların hareketlilik arasındaki temas bölgesinin artırarak gelişmiş reaksiyon oranı kolaylaştırır. Erimiş tuzları MSS yöntemi başarısı için büyük önem seçimdir. Tuz düşük erime noktası, tepki tür ve optimum sulu çözünürlük ile uyumluluk gibi bazı önemli kalite gereksinimlerini karşılaması gerekir. Erimiş tuz daha önce katı hal reaksiyonları oranını artırmak için kullanılmıştır; Ancak, akı sisteminde, az miktarda erimiş tuz kullanılır (aksine, MSS, büyük miktarda tepki için çözünür bir ortam oluşturmak ve sentezlenmiş Nanomalzemeler, parçacık boyutu, şekli ve crystallinity gibi özelliklerini denetlemek için eklendi vb). Bu anlamda, MSS Toz Metalurji yöntemi ve akı Yöntem1,2,3farklı bir değişiklik olduğunu. Sentez sıcaklık5, (2) artış kontrollerimiz homojenliği6, derecesini azalan süre istihdam erimiş tuz can (1) artış tepki kinetik oranı4 (3) denetim kristal boyutu ve morfoloji7ve (4) Aglomerasyon düzeyini azaltır.

Nanomalzemeler yüksek talep bilimsel araştırma ve Roman endüstriyel uygulamalar için onların üstün elektrik, kimyasal yüzünden, manyetik, optik, elektronik ve termal özellikleri olmuştur. Partikül büyüklüğü, şekli ve crystallinity özellikleri son derece bağlıdır. Nanomalzemeler için diğer sentez yöntemleri ile karşılaştırıldığında, MSS birkaç belirgin avantajları vardır; Her ne kadar henüz gibi diğer sentez yöntemleri Nanobilim ve nanoteknoloji toplumda iyi bilinen değil. Aşağıda açıklandığı gibi bu avantajı sadeliği, güvenilirlik, ölçeklenebilirlik, generalizability, çevre dostu, düşük maliyet, göreceli düşük sentez sıcaklık ve NPs ücretsiz Aglomerasyon ile temiz yüzey8içerir.

Basitlik: MSS işlemi kolayca basit bir laboratuarda temel özellikleri kullanılarak yapılabilir. Hiçbir gelişmiş araçları gereklidir. Kara filmin tarih öncesi ve erimiş tuzları istikrarlı gerek torpido işleme ile donatılmıştır.

Güvenilirlik: konsantrasyon, pH, işlem zamanı ve tavlama sıcaklığı gibi tüm ilk sentez parametrelerini optimize sonra yüksek kaliteli ve saf ürünleri MSS yöntemini kullanırken emin bulunmaktadır. Eğer tüm sentez adımları düzgün yürütülen, nihai ürünün iyi kalitede olabilmesi için gerekli tüm temel ölçütlerini elde edebilir. Tüm sentez parametreleri düzgün ve dikkatlice takip edilmektedir sürece bir acemi MSS yöntemine sentez sonucu değiştirmez.

Ölçeklenebilirlik: MSS yöntemin yetenek boyutu ve şekli kontrollü parçacıklar büyük miktarlarda üretmek için çok önemlidir. Endüstriyel kullanışlılığı ve verimliliği belirlenmesi için izin verdiği için bu önemli önemli faktördür. Diğer sentez teknikleri için karşılaştırıldığında, MSS kolayca ürünleri yeterli miktarda işlemi sırasında stokiometrik tutarları ayarlayarak oluşturabilirsiniz. Yapım o daha istediğiniz bir yaklaşım bu ölçeklenebilirlik9,10nedeniyle endüstriyel düzeyde kolaylık sağlamak için izin verdiği için bu yöntemi önemli bir özelliğidir.

Generalizability: MSS Yöntemi ayrıca çeşitli besteleri ile nano tanecikleri üretmek için bir genelleştirilebilir tekniktir. Basit metal oksitleri ve bazı fluorides dışında perovskites (ABO3)10,11,12, başarıyla MSS yöntemi tarafından sentezlenen karmaşık metal oksitleri Nanomalzemeler dahil 13,14, lâl taşı (AB2O4)15,16, pyrochlore (2B2O7)4,17,18, 19ve ortorombik yapıları (2B4O9)2,3,20. Daha ayrıntılı olarak, bu Nanomalzemeler ferrit, titanatlar, niobates, mullite, alüminyum Borat, wollastonite ve gazlı apatit7,9,21içerir. MSS yöntemi de nanospheres4, seramik toz organları22, nanoflakes23, nanoplates7, nanorods24ve çekirdek-kabuk gibi çeşitli türleri morfoloji Nanomalzemeler üretmek için kullanılmaktadır nano tanecikleri (NPs)25, sentez koşulları ve kristal yapı ürünleri bağlı olarak.

Çevre dostu: büyük miktarda organik çözücüler ve çevre sorunları oluşturmak toksik ajanlar kullanımı dahil Nanomalzemeler yapmak için çeşitli geleneksel yöntemler. Bunların kullanımı ve atık sürdürülebilir işlemler tarafından nesil kısmi veya toplam kaldırılması yeşil kimya rağbet görmektedir günümüzde8. MSS yöntem toksik olmayan kimyasal ve yenilenebilir malzemeler istihdam ve atık, yan ve enerji en aza indirilmesi Nanomalzemeler sentezlemek için çevre dostu bir yaklaşımdır.

Göreceli düşük sentez sıcaklık: MSS Yöntem işleme sıcaklığını bir geleneksel katı hal tepki26 veya bir sol-jel yanma reaksiyonu27gerekli ile karşılaştırıldığında nispeten düşük olduğunu. Bu daha düşük sıcaklığı yüksek kaliteli NPs üretirken enerji tasarrufu sağlar.

Maliyet etkinliği: MSS yöntemi herhangi bir sert ya da pahalı Reaktanları veya çözücüler ne de herhangi bir özel araçları gerektirmez. Ayrıca ucuz kullanılan erimiş tuz temizlemekten için kullanılan ana solvent sudur. Ayrıca, Nanomalzemeler karmaşık kompozisyon ve ateşe dayanıklı doğa ile üretilen deneysel Kur gerekli sadece basit Züccaciye Mağazaları ve bir fırın olmadan özel araçları içerir.

Aglomerasyon ile temiz yüzey ücretsiz: MSS sırasında işlem, oluşan nano tanecikleri erimiş tuz orta onun yüksek iyonik güç ve viskozite1,6ile birlikte, kullanılan onun büyük miktarda nedeniyle iyi dağınık 8. kolloidal sentezi ve çoğu hidrotermal/solvothermal süreçleri farklı olarak, hiçbir koruyucu yüzey tabaka sürekli büyüme ve kurulan NPS'nin Aglomerasyon önlemek gereklidir.

Örnek karmaşık metal oksit NPs MSS yöntemi ile sentezi: MSS yöntemi olarak bir evrensel ve maliyet-etkin yaklaşım için rasyonel ve büyük ölçekli malzeme yeterince geniş bir yelpazede yüksek bilim adamları tarafından memnuniyetle için Nanomalzemeler sentez Nanobilim ve nanoteknoloji ile çalışma. Burada, lantan hafnate (La2Hf2O7) röntgen görüntüleme, yüksek kalanlarda çok fonksiyonlu onun uygulamaları nedeniyle seçildi-dielektrik, ışıma, termografik fosfor, kaplama, termal bariyer ve nükleer atık ana bilgisayar. La2Hf2O7 bir sipariş-bozukluğu faz geçiş ile birlikte Mühendislik için iyi bir ev sahibi için yüksek yoğunluğu, büyük etkili atom numarası ve kristal yapısını olasılığı nedeniyle katkılı scintillators da. Bir2B2O7 aile bileşiklerin, nadir - toprak elementi 3 oksidasyon devlet ile "A" olduğunu ve "B" 4 oksidasyon devlet bir geçiş metalik öğesiyle temsil eder ait. Ancak, ateşe dayanıklı doğa ve karmaşık kimyasal bileşimi nedeniyle uygun düşük sıcaklık ve büyük ölçekli sentez yöntemleri La2Hf2O7 NPs için eksikliği olmuştur.

Temel bilimsel inceleme ve gelişmiş teknolojik uygulamalar için bu monodisperse, yüksek kaliteli yapmak ve bir2B2O7 NPs üniforma için bir önkoşuldur. Burada MSS yöntemin avantajları, göstermek için bir örnek olarak son derece kristal La2Hf2O7 NPs sentezi kullanırız. Şematik gösterilen olarak Şekil 1, La2Hf2O7 NPs hazırlanan MSS yöntemi tarafından önceki raporlar bir iki adım işlemi ile. İlk olarak, bir tek kaynaklı karmaşık habercisi La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O coprecipitation rota yolu ile hazırlanmıştır. İkinci adımda, boyutu kontrol edilebilir La2Hf2O7 NPs tek kaynaklı karmaşık öncül ve nitrat karışımı kullanarak facile MSS sürecinde sentez (NaNO3: KNO3 = 1:1, molar oranı), 650 ° C 6 h için.

Figure 1
Şekil 1 : Şematik sentezi adımlar için La 2 HF 2 O 7 MSS yöntemi ile NPs. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. tek kaynaklı karmaşık öncül bir Coprecipitation yol üzerinden hazırlanması

  1. Lantan ve hafniyum öncü çözüm hazırlanması
    1. 200 mL distile su bir 500 mL ölçek ölçmek ve 300 devir / dakikada karıştırmaya başlayın.
    2. Lantan ve hafniyum öncüleri [Yani, 2.165 g lantan nitrat hekzahidrat (La (NO3)3•6H2O) ve hafniyum ve oksit oktahidrat (HfOCl2•8H2O) 2.0476 g] karıştırma suda çözülür.
    3. Titrasyon başlamadan önce 30 dakika karıştırın çözüm ver.
  2. Sulandırılmış amonyak çözüm hazırlanması
    1. 200 mL sulandırılmış amonyak çözeltisi % 0.75, %1,5 %3.0 %6.0 ve % 7.5 de dahil olmak üzere farklı konsantrasyonları ile hazırlayın. Örneğin, 20 mL konsantre amonyak çözeltisi (NH4OH (aq), 28-%30) 180 mL distile su %3.0 sulandırılmış amonyak çözüm yapmak için ayrı bir ölçek için ekleyin.
  3. Titrasyon ve tek kaynak karmaşık öncül yıkama
    1. İçine bir büret önceki adımda hazırlanan seyreltik amonyak çözüm ekleyin ve amonyak çözüm hangi onun konsantrasyonu azalır buharlaşır eğilimi bu yana büret her zaman, kaplıdır emin olun.
    2. Sulandırılmış amonyak çözüm içinde büret lantan nitrat ve hafniyum ve oksit karıştırma çözüm içine dropwise ekleyin.
    3. O-ecek var olmak mülhak 2 h bir süre içinde amonyak çözüm damlama hızını buna göre ayarlayın.
    4. Birkaç mL amonyak çözeltisi teslim sonra çözüm bulutlu olur emin olun. Bu basit bir imzalar La(OH)3· tek kaynaklı karmaşık habercisi çökelti HfO(OH)2· n H2O oluşuyor.
    5. 2 h sonra karıştırma çubuğu kaldırmak ve çökelti gecede yaş izin.
    6. Daha önce çamaşır coprecipitated çözüm pH kontrol edin. Normalde 5-8 yıkar alır bir nötr pH süpernatant ulaşıncaya kadar çökelti distile su ile yıkayın.
  4. Vakum filtrasyon ve habercisi kurutma
    1. Vakum filtre filtre kağıdı kaba porozite (40-60 µm; bkz: Malzemeler tablo) katı çökelti ayırmak için süpernatant kullanarak coprecipitated çözüm.
    2. Tüm karmaşık öncül artıkları kabı duvarlarından yıkanır emin olun.
    3. Hava kuru elde edilen tek kaynaklı karmaşık öncül La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O oda sıcaklığında bir gecede.

2. erimiş tuz lantan Hafnate NPs sentezi

  1. Tuz ve öncü karışımı hazırlanması
    1. 30 mmol (3.033 g) potasyum nitrat (KNO3) ve 30 mmol (2.549 g) sodyum nitrat (NaNO3) ölçmek.
    2. Ölçülen tuzları hazırlanan tek kaynaklı karmaşık habercisi La(OH)3· 0.35 g ile birleştirin HfO(OH)2· n H2O.
    3. Gerekirse, 1-5 mL aseton veya etanol taşlama kolaylaştırmak için karışıma ekleyin. Tüm solvent karışımı bir pota yerleştirmeden önce buharlaşmış emin olun.
    4. Karışık tuzları ve habercisi olarak yaklaşık 30 dk bir harç ve havaneli kullanarak mümkün olduğunca iyi grind.
  2. Erimiş tuz işleme
    1. Elde edilen karışım bir korindon pota yerleştirin, sonra bir Muffe fırında yerleştirin.
    2. Fırın 650 ° c 6 h 10 ° C/dak bir rampa oranıyla için ayarlayın.
    3. Örnek ve fırın oda sıcaklığına soğutmalı sonra pota almak ve örnek bir gecede distile su ile dolu bir ölçek ıslatın.
  3. Yıkama ve kurutma La2Hf2O7 NPs
    1. Pota örnekten bir 1 L kabı boşaltın.
    2. Süpernatant artık tuzları, açık ve değil bulutlu kadar 5 - 8 kez örnek distile su ile yıkayın.
    3. Santrifüjü veya herhangi bir kalıntı Necasetin Ortadan kaldırmak için vakum filtrasyon ürün arındırmak.
    4. Ürün 90 ° C fırında gecede kuru.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Olarak sentezlenmiş La2Hf2O7 NPs sıralı pyrochlore aşamasında var olabilir. Ancak, kimyasal doping, basınç ve sıcaklık florit iltica etmek faz değiştirebilir. Bu bizim malzeme için birden çok aşama var mümkündür; Ancak, burada sadece pyrochlore faz basitlik için ele. X-ışını kırınım (XRD) ve Raman spektroskopisi sistematik olarak onların faz saflık, yapısı ve faz karakterize etmek için kullanılmıştır. Kristal boyutu Debye-Scherrer'ın formülü kullanılarak hesaplanabilir. Öte yandan, Raman spektroskopisi bu nedeniyle bir ikincil yapısal karakterizasyon Teknik olarak kullanılan yüksek hassasiyet M-O titreşim modları28. La2Hf2O7 NPs29tam crystallographic aşaması tanımlar.

Katı hal reaksiyonları gibi sentetik diğer teknikleri ile karşılaştırıldığında, MSS bir yüksek tepki sabit tepki ileri yönde30' u gitmek daha olası olduğunu önemi yok. Pyrochlore La2Hf2O7 üretim temas interfacial bölgesinin ve hareketlilik içinde erimiş tuz sistem kontrollerimiz türlerin artırarak elde edilir. Şekil 2 MSS yöntemi tarafından farklı konsantrasyonlarda amonyak çözüm kullanarak tek kaynaklı karmaşık öncüleri yapılan sentezlenmiş La2Hf2O7 NPs XRD şekillerinin göstermektedir. XRD sonuçları saf La2Hf2O7 oluşumu ile yüksek crystallinity gösterir. En yüksek konum ve Miller endeksleri temel alınarak ortak komite toz difraksiyon standart (JCPDS) deseni #78-1292, dizine eklenmiş olabilir. Hiçbir görünür kirlilik aşamaları La2O3, AB2O3veya Enstallasyonu2 gibi algılandı. Partikül büyüklüğü kullanılan amonyak konsantrasyonu artış dışında bir fonksiyonu olarak XRD desende herhangi bir değişiklik vardır. Tablo 1 La2Hf2O7 NPs ilgili hesaplanan kristal parametre ve parçacık boyutunu gösterir.

Figure 2
Şekil 2 : X-ışını kırınım desenleri La 2 HF 2 O 7 NPs kullanılan amonyak çözüm konsantrasyonu ayarlayarak hazır o zaman kusur florit desen üzerinde tabanlı dizine. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

NH4konsantrasyon OH(aq) kullanılan XRD veri sentezlenmiş La2Hf2O7 NPs
2θ (°) FWHM (β) Kafes parametreleri (Å) Partikül büyüklüğü (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

Tablo 1 : La crystallographic parametre ve parçacık boyutu 2 HF 2 O 7 Sürekli parçacık boyutu büyüme gösteren kullanılan amonyak çözüm konsantrasyonu ayarlayarak hazırlanan NPs. FWHM tam genişlikli yarı-maksimum =.

A2B2O7 bileşiklerin iki ortak aşama vardır: düzensiz florit aşaması ve sipariş edilen pyrochlore aşama. Düzensiz florit faz neyin tüm katyonik iyonları (3 + ve B4 +) rastgele dağıtılmaktadır Fm3̅m alan grubunda var, bir aktif modu için izin. Öte yandan, sipariş edilen pyrochlore faz Fd3̅m alan grubunda var. Dışında ki orada iki katyonik site, üç anyonik siteleri bu nedenle, florit faz yakın yapısal benzerlik sergiler [48f (Oben), 8a (OII) ve 8b (OIII)] ve 1/8inci 8b, oksijen iyonlarının (OIII) pyrochlore yapısında, 6 aktif modları19,28,29için izin bir site yok. Pyrochlore faz 200-1000 cm-1aralığında altı titreşim modu varken grup teorisi dayalı, kusur florit yapısı nedeniyle T2g, bir titreşim modu vardır. Bu bilgi doğru faz La2Hf2O7 NPs (Şekil 3) tanımlanması için hayati önem taşımaktadır. Bu durumda, hazırlanan La2Hf2O7 NPs saf pyrochlore halindedir.

Figure 3
Şekil 3 : Raman spectra La 2 HF 2 O 7 Pyrochlore evresi ile ilgili altı etkin modu ile kullanılan amonyak çözüm konsantrasyonu ayarlayarak hazırlanan NPs. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Şekil 4 grafikte çeşitli güvenilir kontrol eden faktörler MSS yöntemi ve hesapları için sentezlenmiş Nanomalzemeler özelliklerini ince ayar yapmak alternatif yollar sağlar. Buna ek olarak, MSS sürecindeki önemli adımları tanımlamaya yardım eder.

Figure 4
Şekil 4 : Akış özellikleri ince ayar yapmak için olası yolları ile NPs için yordam sentetik kontrol eden faktörler gösteren MSS kritik adım. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.

İlk olarak, öncüleri kimliğini, özellikle karmaşık metal oksit NPs sentezi için önemlidir. A2B2O7 NPs üretirken, ilk nihai ürün [Yani, A ve B, A(OH)3 formül ile bir atomik düzeyde ettiğini ana öğeleri içeren bir tek kaynaklı karmaşık öncül oluşturmak önemlidir ·bo(oh)2· n H2O]. Bu deneyde, son La2Hf2O7 NPs parçacık boyutu bu adımı sırasında amonyak çözüm yoğun büyük La oluşturulduğu titrant amonyak çözüm konsantrasyonu ayarlayarak denetlenebilecek 2 HF2O7 NPs. Diğer çalışmalarda da2B2O7 NPs farklı öncüleri, piyasada bulunan nitrat veya2B2O7ana unsurları içeren oksit gibi kullanarak yapmak için gerçekleştirilen; Ancak, hiçbiri-si olmak amele4. Bu amorf tek kaynaklı karmaşık öncül avantajları2B2O7 çıktısından unsurları bir atomik düzeyde karışık ve homojen olan final olarak aynı sırada bir2B2 dağıtılmış O7 ürün, üzerinde Reaktanları gönderilmesi gereken alanı veya Aralık azalan.

İkinci olarak, uygun erimiş tuz yelpazesi Nanomalzemeler arzu Morfoloji ve özellikleri ile elde büyük önemi vardır. Erime noktası seçili tuz Nanomalzemeler gerekli aşaması sentezi için uygun olmalıdır. Nanomalzemeler oluşumu sonuçta alkali klorür, sülfat, karbonat veya hidroksit1,6,31,32gibi erimiş çözücüler olarak kullanılan tuzlar erime noktası tarafından yönetilir. Bu farklı erimiş tuz kullanımı böylece partikül boyutu ve morfoloji18değiştiren oluşumu sıcaklık değiştirebilirsiniz bildirilmiştir.

Buna ek olarak, rampa oranı NPs sentezini etkiler eğilimindedir. Hızlı rampa oranı özelliklerini etkileyen yığılmış NPs33, üretmek eğilimindedir. Işıksaçan durumunda ve mercek malzemeler, yüksek Aglomerasyon arzu değil, mümkün olduğunca dağılım heyecanlı ve yayılan ışık17,19. Bir yavaş rampa oranı böylece daha uygun ve pota içindeki gerçek sıcaklık ulaşmak için yeterli zaman sağlar. Daha yavaş soğutma işlemin genellikle olabilmesi için küresel bir şekliyle34oluşturmak için izin verir.

Başka bir önemli tuz seçimi için yeterli sulu çözünürlük olmalıdır kriterdir. Su tarafından basit yıkama ile kullanılan erimiş tuz kolayca uzağa sonra MSS yıkanmalıdır.

Son olarak, aseton ve etanol gibi uçucu sıvı eklenmesi sırasında kullanılan tuzlar karıştırma ve tek kaynaklı karmaşık öncül yardımcı olur kolay öğütme işlemi ama önemli değil. Bir sıvı daha kısa sürede homojen bir karışım yapmak yararlı olur ve saf ürünler oluşturmak için önemlidir daha az çaba gerektirir. Tam öğütme işlemi sonunda buharlaşır bu yana eklenen uçucu sıvı sonuç NPs özelliklerini etkilemez. Onun yüksek volatilite nedeniyle eklenmiş tutar herhangi bir yerde 5 mL 1 ile arasında.

MSS yöntemi, NPs herhangi bir üniversite ve Sanayi konumu sentezlemek için basit ve basit bir yoludur. Ancak, iletişim kuralının değişiklik yapılabilir. -Dibi takdirde bir vakum filtre sistemi mevcut değildir, örneğin, coprecipitation adımından elde edilen tek kaynaklı karmaşık öncül centrifuged. Farklı eutectic tuz karışımlar mühendis NPs istenen özelliklere sahip için kullanılabilir.

MSS yöntemi istihdam edilecek genellikle kolay olsa bile, sınırlamaları (1) tepki1birbirine benzemeyen Reaktanları temas bölgesinin tarafından sınırlı olmak ürün oluşumu olasılığını içerir. Ayrıca, (2) değil her nanostructured ürün olabilir içinde seçili erimiş tuz oluşur. Bu gibi durumlarda nadirdir ama kesinlikle35olabilir. Bu seçili tuzları sadece saf çözücü hareket ve Reaktanları veya ürünler ile tepki var arzu edilir. Ayrıca, son nanopartikül ürünlerin kalitesi engelleyebilir ortak hatalar şunlardır: (1) ilk olarak, büret titrasyon sırasında kapsamına girmiyorsa, bu amonyum hidroksit konsantrasyonu değiştirmek ve sonunda değiştirmek elde edilen nano tanecikleri boyutu. (2) başka bir yaygın bir hatadır iki saat coprecipitation forma vermiyorum. Amonyak titrant çok hızlı ekleme inhomogeneous karmaşık öncül render coprecipitation kinetik etkiler. (3) üçüncü bir tuzak olduğunu salt(s) ve precursor(s) saf olmayan ürünler veya inhomogeneous parçacıkları üretir mümkün olduğunca ince taşlama değil.

MSS basit, etkili, hızlı, düşük sıcaklık ve maliyet-etkin geleneksel katı hal ve sol-jel/yanma sentez yöntemleri27ile karşılaştırıldığında daha önce bildirilen sonuçlar ile kanıtlanmış bir yöntemdir. Ölçeklenebilir, güvenilir ve genelleştirilebilir NPs Aglomerasyon içermeyen kolloidal ve hidrotermal/solvothermal sentez yöntemleri farklı yüzey koruyucu tabaka olmadan yapma açısından da.

MSS yöntemi uygulaması yaygın olarak yarı iletkenler17,37, fosforun17, son birkaç yılda, Lityum iyon piller36için malzemeler için ferroelectric ve ferromanyetik malzemelerden yayıldı 19ve elektro-katalizörler38,39, esas olarak için mikro malzemeler, özellikle karmaşık besteleri ile. Sonuç olarak, MSS yöntemi basit ve karmaşık metal oksit NPs bir sentez içinde uygun bir yol sağlar. MSS yöntemi için Nanomalzemeler ve daha yaygın istihdam Nanobilim ve nanoteknoloji toplum içinde gelecek yıllarda daha da popüler bir sentez yöntemi olacak bekleniyor.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Bildirmek için hiçbir çatışmalar vardır.

Acknowledgments

Yazarlar CHE (Ödülü #1710160) ve USDA Ulusal Enstitüsü Gıda ve Tarım (Ödülü #2015-38422-24059) altında Ulusal Bilim Vakfı tarafından sağlanan mali destek teşekkür ederiz. Kimya Bölümü Texas Üniversitesi Rio Grande Valley Robert A. Welch Vakfı (Grant No bir departman Grant tarafından sağlanan cömert desteği için minnettar olduğunu BX-0048). S.K.G., Amerika Birleşik Devletleri-Türkiye Eğitim Vakfı (USIEF) ve Uluslararası Eğitim Enstitüsü (yalan) onun Fulbright Nehru doktora sonrası bursu için (Ödülü #2268/FNPDR/2017) teşekkür etmek istiyorum.

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

Kimya sayı: 140 Coprecipitation erimiş tuz sentezi karmaşık metal oksitleri lantan hafniyum oksit nano tanecikleri öncü
Karmaşık Metal Oksit nano tanecikleri erimiş tuz sentezi
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