مقالة منهجية

عكس التجميعي بوساطة Microemulsion من الواحد من المعدن ومتعلق بنظام المعدنين في وقت مبكر الانتقال المعادن كربيد ونتريد النانوية

DOI:

10.3791/53147

⸱

نوفمبر 27, 2015

 , 
1Chemical Engineering, Massachusetts Institute of Technology

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
< p class = 'jove_content'> يتم تقديم "طريقة طلاء السيراميك القابلة للإزالة" في شكل مرئي لتخليق جسيمات النيتريد النانوية أحادية المعدن غير الملبدة والمنتهية بالمعدن وثنائية المعدن وكربيد المعدن المبكر والجسيمات النانوية بالنيتريد بأحجام قابلة للضبط وهياكل بلورية.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويستخدم microemulsion العكسي لتغليف جزيئات أكسيد أوائل الفلزات الإنتقالية الواحد من المعدن أو متعلق بنظام المعدنين في قذائف السيليكا الصغيرة التي. ثم يتم carburized النانوية أكسيد المعادن مغلفة السيليكا في جو الميثان / الهيدروجين في درجات حرارة أكثر من 800 درجة مئوية لتشكيل الانتقال المبكر النانوية كربيد معدنية مغلفة السيليكا. أثناء عملية كربنة، وقذائف السيليكا تمنع تلبد النانوية كربيد المجاورة في حين منع أيضا ترسب الكربون سطح الزائد. بدلا من ذلك، النانوية أكسيد المعادن مغلفة السيليكا يمكن nitridized في جو الأمونيا في درجات حرارة أكثر من 800 درجة مئوية لتشكيل الانتقال المبكر النانوية نيتريد معدنية مغلفة السيليكا. عن طريق ضبط المعلمات عكس microemulsion، سمك قذائف السيليكا، والظروف كربنة / نتردة، وكربيد أو نيتريد النانوية المعدنية الانتقالية يمكن ضبطها لمختلف الأحجام، والتراكيب، ومراحل الكريستال الثانية. بعد كربنة أو نتردة، ثم يتم إزالة القذائف السيليكا باستخدام إما درجة حرارة الغرفة مائي حل ثنائي فلوريد الأمونيوم أو 0،1-0،5 M محلول هيدروكسيد الصوديوم في 40-60 درجة مئوية. في حين أن قذائف السيليكا وتذيبها، ودعم ارتفاع المساحة السطحية، مثل أسود الكربون، ويمكن أن يضاف إلى هذه الحلول للحصول على دعم المرحلة الانتقالية في وقت مبكر كربيد المعدنية أو نيتريد النانوية. وإذا أضيف أي دعم مساحة عالية، ومن ثم يمكن تخزين النانوية باعتباره nanodispersion أو طرد للحصول على nanopowder.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

كربيد المعدنية الانتقال المبكر (TMCs) هي منخفضة التكلفة، ومواد الأرض الوفيرة التي تظهر الاستقرار الحراري والكهروكيميائية عالية فضلا عن الأنشطة المحفزة فريدة من نوعها. 1-3 وعلى وجه الخصوص، كربيد التنغستن (WC) وكربيد الموليبدينوم (مو 2 C) لديها تمت دراستها على نطاق واسع لأوجه التشابه الحفازة لمعادن مجموعة البلاتين (PGMs). 4،5 نظرا لهذه الخصائص مواتية، وقد تم تحديد TMCs كمرشحين لاستبدال المواد الحفازة PGM مكلفة في تكنولوجيات الطاقة المتجددة، مثل تحويل الكتلة الحيوية وخلايا الوقود الناشئة، والكهربي. 6،7

لتحقيق أقصى قدر من النشاط التحفيزي، تصاغ المحفزات التجارية دائما تقريبا كما النانوية الصغر (أقطار <10 نانومتر) مبددة على دعم مساحة عالية، مثل الكربون الأسود. 8 ومع ذلك، فإن تركيب TMCs يتطلب درجات حرارة أعلى من ~ 700 درجة مئوية. وهذا يؤدي إلى تلبد واسعة من nanoparticليه (NPS)، ترسب الكربون الزائد السطحية (الكوك)، وتدهور دعم الحراري. كلا تلبد الجسيمات وتدهور الدعم يؤدي إلى تناقص المساحات السطحية المادية. الزائدة الشوائب السطحية كتل ترسب مواقع المعادن النشطة، وهو ما ثبت للحد بشكل كبير أو في بعض الحالات تقضي تماما على النشاط التحفيزي من TMCs. 9،10 وعلى هذا النحو، يتم إجراء الدراسة الأساسية للTMC التفاعل في الغالب على المجهرية الدقيقة السائبة أو الأغشية الرقيقة مع التحكم بدقة الأسطح بدلا من التركيز على مساحة عالية متناهية الصغر TMC.

وقد تم تطوير العديد من الطرق لتجميع TMC مصادر القدرة النووية، ولكن هذه الأساليب ليست مناسبة لتوليف ناشطة تحفيزيا مصادر القدرة النووية TMC. تقنيات التشريب الرطب التقليدية تستخدم محاليل ملحية معدنية مشربة على دعم مساحة عالية. على التدفئة، يمكن أن طرق التلقيح الرطب يعرض دعم المحفز لظروف الكربنة المدمرة الرائدة لدعم تدهور. وعلاوة على ذلك، تلبد جويمكن التخفيف فقط في انخفاض شحنات٪ بالوزن من المعدن على الدعم، وليس من الممكن أيضا أن تجميع مساحيق النانو TMC غير معتمد باستخدام التشريب الرطب. العديد من الطرق الجديدة تنطوي على خلط تمهيدا المعادن مع مقدمة الكربون وتطبيق تقنيات التدفئة التقليدية وغير التقليدية، ويستخدم 11-18 الكربون الزائد لمنع التكلس، ولكن هذه النتائج الكربون الزائدة في الكربون سطح واسع، مما يجعل هذه المواد غير مناسبة للتطبيقات الحفازة.

ونظرا لهذه التحديات الاصطناعية، تقليديا درس TMCs كما شارك المحفزات 11 لPGMs، ويدعم حافزا لPGMs، 19-22 أو يدعم لالطبقات الوحيدة PGM النشطة 23-25 ​​الطريقة المعروضة هنا يوفر القدرة على تجميع كلا غير متكلس- ومنتهية المعادن TMC مصادر القدرة النووية وكذلك نيتريد المعادن الانتقالية (TMN) مصادر القدرة النووية مع أحجام الانضباطي، مراحل البلورية، والتركيب المعدني. 26 تقديم الأسلوب يوفر أيضا أبility للحصول على TMC أو TMN nanodispersions أو إيداع TMC وTMN مصادر القدرة النووية على منطقة الدعم حافزا سطح ارتفاع في درجة حرارة الغرفة، وبالتالي التخفيف من تدهور دعم الحراري. هذه الطريقة بالتالي فهي مناسبة للتطبيقات الحفازة مستقل من TMC وTMN مصادر القدرة النووية، وتطوير متقدمة multimetallic TMC وTMN مصادر القدرة النووية، أو غيرها من التطبيقات التي تتطلب أحجام الجسيمات التي تسيطر عليها بدقة والأسطح. 26

الطريقة المعروضة هنا يستخدم بروتوكول ثلاث خطوات لتجميع TMC وTMN مصادر القدرة النووية. في الخطوة الأولى، يتم استخدام microemulsion العكسي (RME) لأكسيد معطف أوائل المعادن الانتقالية (TMO) المصادر في nanospheres السيليكا. يتم تحضير مستحلب عن طريق تشتيت قطرات الماء في وسط اقطبي باستخدام السطحي غير أيوني التجاري. ثم يتعرض مصادر القدرة النووية TMO مغلفة السيليكا إما الكربنة أو المعالجة الحرارية nitridizing. هنا، والسيليكا يمنع الجسيمات تلبد في درجات حرارة عالية بينما يسمح للغازات رد الفعل أن ينتشر إلى Tانه TMO مصادر القدرة النووية وتحويلها إلى TMC أو TMN مصادر القدرة النووية. وفي الخطوة الأخيرة، تتم إزالة القذائف السيليكا باستخدام العلاج الحمضية أو القلوية للحصول على TMC أو TMN nanodispersions التي يمكن أن تكون مشتتة على دعم مساحة عالية، مثل الكربون الأسود.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. توليف السيليكا مغلفة الواحد من المعدن أو متعلق بنظام المعدنين معدن أكسيد النانوية

  1. إعداد microemulsion عكسي
    1. إضافة 240 مل من اللامائية ن هيبتان إلى نظيفة، فرن المجفف 1 L جولة قارورة القاع (RBF) التي تحتوي على شريط مغناطيسي المجفف الفرن باستخدام اسطوانة نظيفة، فرن المجفف تخرج.
    2. إضافة 54 مل من البولي أوكسي إتيلين (4) لوريل ايثر إلى ن هيبتان مع التحريك المستمر.
      ملاحظة: بسبب لزوجة عالية ومنخفضة التوتر السطحي من هذه السطحي، يجب استخدام نظيفة وجافة 60 مل حقنة للحصول على كميات دقيقة بدلا من الاسطوانة.
    3. إضافة 7.8 مل من النقاوة، منزوع الأيونات (DI) الماء مع الاستمرار في التحريك باستخدام ماصة. ختم RBF مع سدادة مطاطية وParafilm الشمع. السماح للRME المزيج لمدة 10 دقيقة على الأقل.
    4. إضافة 0،1-0،5 مل من كاشف الصف NH 4 OH إلى مستحلب إذا كان المطلوب هو لتقليل الوقت التحلل.
      ملاحظة: بعض السلائف آلكوكسيد المعادن المائيةينحل ببطء في الرقم الهيدروجيني محايدة. السماح للRME خلط ما لا يقل عن 10 دقيقة أخرى بعد إضافة NH 4 OH. وكمثال التمثيلي، إضافة 0.5 مل من NH 4 OH يوصى للخلاصات التي تنطوي التيتانيوم (IV) isopropoxide.
  2. إعداد السلائف آلكوكسيد المعادن، والكحول، ون هيبتان الحل
    1. توصيل نظيفة، المجفف فرن 250 مل RBF إلى خط Schlenk والاحمرار مع النيتروجين. بدلا من ذلك، ضع نظيفة، المجفف فرن 250 مل RBF إلى صندوق قفازات النيتروجين الجاف.
    2. إضافة 12 مل من 5٪ ث / ت التنغستن isopropoxide (WIPO) في الأيسوبروبانول باستخدام، حقنة جافة ونظيفة. في هذه المرحلة، ويمكن أيضا أن تضاف alkoxides المعدنية الأخرى، مثل التنتالوم (V) isopropoxide (TaIPO)، الموليبدينوم (V) isopropoxide (MoIPO)، النيوبيوم (V) isopropoxide (NbIPO) والتيتانيوم (IV) isopropoxide (TiIPO)، النيكل (II) methoxyethoxide (NiMEO) والكوبالت (II) isopropoxide (CoIPO)، الخ.
      ملاحظة: alkoxides المعادن يمكن شراؤها تجاريا أو توليفها من خلال إضافة لANHYDROلنا الكحول في المقابلة ملح كلوريد المعدنية باستخدام خط Schlenk كما هو موضح في مكان آخر. (تنبيه: توليف آلكوكسيد معدنية من النشرات كلوريد المعدن حمض الهيدروكلوريك الغازي ويجب أن يؤديها في غطاء الدخان جيدة التهوية) 27
    3. باستخدام نظيفة، المجفف فرن قنية، ونقل 120 مل من اللامائية ن هيبتان إلى 250 مل تحتوي على RBF الحل آلكوكسيد المعادن
  3. باستخدام نظيفة، المجفف فرن قنية، ونقل الحل معدنية آلكوكسيد الكحول-ن-هيبتان في RME مع التحريك المستمر على مدى 10 دقيقة.
    ملاحظة: للحصول على alkoxides المعادن التي تتفاعل بشدة مع الماء، مثل تيليريوم (IV) isopropoxide، لا بد من معدل التسرب من الحكمة أبطأ بكثير من الإضافة. وينبغي أن يكون الحل النهائي واضح بصريا بغض النظر عن السلائف آلكوكسيد المعدنية المستخدمة، ولكن يمكن أن يكون بألوان مختلفة تبعا لalkoxides المعدنية المستخدمة والتأكسد الخاصة بهم. نلاحظ أنه سواء مستحلب شفافة أو شفافة تعتمد على حجم الجسيماتفي حين أن اللون يعتمد على حالة الأكسدة المعدنية.
  4. بعد 4 ساعات، واستخدام، حقنة جافة ونظيفة لحقن 1.4 مل من كاشف الصف NH 4 OH في قطرة قطرة الحل. ثم، وذلك باستخدام، حقنة جافة ونظيفة أخرى، حقن 1.2 مل من كاشف الصف رابع إيثيل orthosilicate (TEOS) قطرة قطرة.
    ملاحظة: هيدروكسيد الصوديوم (هيدروكسيد الصوديوم) لا ينبغي أن تستخدم لأنها يمكن أن تؤدي إلى التكثيف من قذائف السيليكا خلال كربنة / نتردة ويؤدي إلى الشوائب الصوديوم في شعرية من الجسيمات النانوية النهائية. NH 4 OH المتبقية من ناحية أخرى تتحلل بسهولة خلال المعالجة الحرارية.
  5. بعد 16.5 ساعة، وإزالة سدادة مطاطية واستخدام نظيفة وجافة الاسطوانة لإضافة 300 مل من الميثانول إلى الحل مع التحريك المستمر.
  6. بعد 10 دقيقة من التحريك، وإزالة بقضيب والسماح للحل لتسوية.
    ملاحظة: سيكون هناك مرحلتين السائلة الحالية: مرحلة العليا هيبتان الغنية ومرحلة أقل الميثانول الغنية. المعدن س مغلفة السيليكاسوف النانوية شي ده، تسمى شافي 2 / MO س الرواسب في قاع القارورة من مرحلة أقل.
  7. بعد 1 ساعة، صب المراحل السائلة في وعاء النفايات العضوية وجمع المرحلة الصلبة شافي 2 / MO x في نظيفة 50 مل أنابيب الطرد المركزي.
    ملاحظة: إذا كان يتم استخدام البولي بروبلين أو البوليسترين الطرد المركزي أنابيب، ومرسب لا يمكن تخزين على المدى الطويل في هذه الدولة باعتبارها هيبتان المتبقية سوف تذوب ببطء أنبوب الطرد المركزي، الامر الذي ادى الى استطال. وعلاوة على ذلك، NH 4 OH المتبقية وTEOS يمكن أن يسبب شافي 2 أن تستمر في النمو إلى أبعد مما كان المطلوب.
  8. الطرد المركزي شافي 2 / MO س المرحلة في 2056 x ج لمدة 5 دقائق، ثم صب طاف في حاوية النفايات العضوية.
  9. إضافة 10-30 مل من الأسيتون لكل 50 مل أنبوب الطرد المركزي وتفريق مسحوق في الأسيتون عن طريق هز أو sonicating. هذا يساعد على إزالة التوتر السطحي الزائدة قبل التكليس.
  10. Centrifugه وشافي 2 / MO x و الأسيتون الخليط في 4626 x ج لمدة 10 دقيقة ثم صب وطاف في حاوية النفايات العضوية. السماح للشافي 2 / MO س هلام لتجف بين عشية وضحاها.

2. المعالجة الحرارية من مسحوق توليفها

بيان تحذير: الهيدروجين والميثان وغاز الامونيا قابلة للاشتعال للغاية. غاز الأمونيا السامة. يجب أن يتم تنفيذ دقيق للتسرب الاختيار قبل كل المعالجات الحرارية، ويجب أن يتم تنفيذ العلاجات في فرن أنبوبي الكوارتز يوضع في غطاء الدخان جيد التهوية مع الفوار النفط عند مخرج الغاز. يجب تجهيز جميع اسطوانات الغاز مع مانعات اللهب وتخزينها بعيدا عن الفرن. إذا كان ذلك مطلوبا بموجب لوائح القانون أو المؤسسية، ينبغي فقاعات غاز الأمونيا من خلال كمية كبيرة من الماء وإما التخلص منها كنفايات قاعدة أو تحييد لدرجة الحموضة 7 الأمونيوم محلول كلوريد باستخدام حمض الهيدروكلوريك.

  1. التكليس من شافي 2 / MO س powde(ص) في الهواء
    1. سحق المجفف شافي 2 / MO س جل إلى مسحوق ناعم باستخدام شريط الزجاج ضجة أو هاون ومدقة. وضع المسحوق في قوارب بوتقة الألومينا والحمل في فرن الكوارتز أنبوب.
    2. باستخدام / دقيقة معدل التسخين 2 ° C، كلس وشافي 2 / MO س مسحوق أقل من 100 SCCM من الهواء في 450 درجة مئوية لمدة 1 ساعة. هذا يزيل أي بالسطح المتبقية وأيضا يزيد من microporosity من قذائف السيليكا. بعد أن يبرد الفرن، وإزالة المكلس شافي 2 / MO س مساحيق وتخزينها في الظروف المحيطة.
  2. كربنة من شافي 2 / MO س مسحوق في الميثان / الغلاف الجوي الهيدروجين
    1. تحميل المكلس شافي 2 / MO س مسحوق الألومينا إلى قارب بوتقة غير المزجج والمكان الى الفرن الكوارتز أنبوب. مسح الفرن الكوارتز أنبوب مع النيتروجين لمدة 30 دقيقة على الأقل لإزالة الأكسجين. إجراء فحص تسرب عن طريق رش جميع المفاصل مع الماء والصابون.
    2. باستخدام2 ° C / دقيقة معدل التسخين، carburize وشافي 2 / MO س مسحوق تحت 120 SCCM من الهيدروجين و 33 SCCM من غاز الميثان في 850 درجة مئوية لمدة 4 ساعات لتشكيل شافي 2 / MC السينية.
    3. بعد 4 ساعات، ووقف تدفق غاز الميثان مع الاستمرار على مسحوق في 850 درجة مئوية لمدة 1 ساعة فقط في 120 SCCM من الهيدروجين لكنس أي سطح الكربون الزائد.
    4. السماح الفرن لتبرد ببطء إلى درجة حرارة الغرفة تحت 120 SCCM من الهيدروجين. ثم، مسح الفرن مع النيتروجين لمدة 30 دقيقة على الأقل لإزالة الهيدروجين.
    5. تدفق 95 SCCM من النيتروجين و 5 SCCM من الهواء فوق مسحوق لمدة 3 ساعة إيقاف فاعلية ببطء كربيد قبل التعرض للهواء.
    6. إزالة شافي 2 / MC س مسحوق من الفرن وتخزينها في فراغ dessicator أو في صندوق قفازات النيتروجين الجاف لمنع أكسدة الأكبر على المدى الطويل من الجسيمات النانوية كربيد معدنية في الهواء.
  3. نتردة من شافي 2 / MO س مسحوق في جو الأمونيا
    1. مبناهاد في المكلس شافي 2 / MO س مسحوق في زورق بوتقة الألومينا ووضعها في فرن الكوارتز أنبوب.
    2. مسح الفرن الكوارتز أنبوب مع النيتروجين لمدة 30 دقيقة على الأقل لإزالة الأكسجين.
    3. باستخدام / دقيقة معدل التسخين 2 ° C، nitridize وشافي 2 / MO س مسحوق أقل من 100 SCCM الأمونيا في 800 درجة مئوية لمدة 4 ساعات لتشكيل شافي 2 / MN السينية.
    4. السماح الفرن لتبرد ببطء إلى درجة حرارة الغرفة. ثم، مسح الفرن مع النيتروجين لمدة 30 دقيقة على الأقل لإزالة الأمونيا.
    5. تدفق 95 SCCM من النيتروجين و 5 SCCM من الهواء فوق مسحوق لمدة 3 ساعة إيقاف فاعلية ببطء نتريدات قبل التعرض للهواء.
    6. إزالة شافي 2 / MN س مسحوق من الفرن وتخزينها في فراغ dessicator أو في صندوق قفازات النيتروجين الجاف لمنع أكسدة الأكبر على المدى الطويل من الجسيمات النانوية نيتريد معدنية في الهواء.

3. إزالة القذائف السيليكا ودعم نانوالجسيمات

بيان تحذير: ثنائي فلوريد الأمونيوم (ABF) عالية السمية. ولا ينبغي التعامل معها في غطاء الدخان جيد التهوية باستخدام معدات الوقاية الشخصية المناسبة، بما في ذلك القفازات بوتيل المطاط، ودرع الوجه، وlabcoat مقاومة للHF مع مقاومة للHF الأكمام. الزجاج ومعدات مختبر المعادن لا ينبغي أبدا أن تستخدم عند التعامل مع ABF.

  1. حل السيليكا في الأمونيوم ثنائي فلوريد للحمض مستقرة كربيدات المعادن ونتريدات (مثل WC وW 2 N)
    1. تزن من 200 ملغ من شافي 2 / MC x أو شافي 2 / MN x و وضعها في 30 مل قابل للغلق الحاويات البولي بروبلين مع شريط مغناطيسي المغلفة تفلون.
    2. إذا كان المطلوب أن دعم النانوية على سطح مرتفع الدعم حافزا المنطقة، مثل الكربون الأسود أو أنابيب الكربون النانوية، تزن من المواد وإضافتها إلى الحاوية البولي بروبلين اغلاقها باحكام.
      ملاحظة: وزن كتلة من سيعتمد على تحميل المرجوة من الجسيمات النانوية على الدعم البريد. لدعم المحفز ليست مستقرة في ABF، مثل الألومينا، يمكن إضافة الدعم بعد أن تم إزالة السيليكا وتحييد ABF. وإذا أضيف أي دعم، سيتم الحصول على nanodispersion.
    3. إضافة 20 مل من الماء عالى النقاء DI والبدء في خلط لتشكيل تعليق. بدلا من ذلك، إضافة 20 مل من مسبقة الصنع 20٪ بالوزن ABF الحل.
    4. تزن من 5 غرام من ABF ومن ثم إضافتها إلى الخليط التحريك. مرة واحدة وأضاف، وختم الحاويات البولي بروبلين.
      ملاحظة: حل ABF في الماء ماص للحرارة، وبالتالي فإن درجة حرارة المحلول تنخفض.
    5. لضمان حل كامل للالسيليكا وتشتت جيدة من الجسيمات النانوية على دعم المحفز، والتوقف عن رد الفعل بعد 16 ساعة عن طريق إضافة كاشف الصف NH 4 OH قطرة قطرة إلى تحييد حل ABF إلى الرقم الهيدروجيني من 6-7. تحذير: هذا التفاعل طارد للحرارة.
    6. تفريغ خليط تحييد في أنبوب الطرد المركزي وأجهزة الطرد المركزي في 2056 x ج لمدة 10 دقيقة.
    7. إفراغ سوبrnatant إلى حاوية النفايات القلوية (لضمان تحييد الكلي) وredisperse مسحوق حافزا في 20 مل من الماء عالى النقاء DI.
    8. الطرد المركزي في 4626 x ج لمدة 10 دقيقة، تجاهل طاف، وتفعل واحدة النهائي 20 مل شطف المياه DI. ما يصل الى 12850 x ج قد تكون هناك حاجة لالنانوية غير معتمد.
    9. تجفيف مسحوق تحت فراغ ومن ثم تخزينها في فراغ dessicator أو صندوق قفازات النيتروجين الجاف لمنع أكسدة الأكبر على المدى الطويل من كربيد المعدنية أو نيتريد النانوية.
  2. حل السيليكا في هيدروكسيد الصوديوم لكربيدات-القلوية مستقرة ونتريدات (مثل معاهدة الصداقة والتعاون وتا 3 N 5)
    1. تزن من 200 ملغ من شافي 2 / MC x أو شافي 2 / MN x و وضعها في كوب 50 مل RBF مع شريط مغناطيسي. تزن بها وإضافة دعم المحفز إذا رغبت في ذلك.
    2. إضافة 30 مل من 0.1 على الأقل M محلول هيدروكسيد الصوديوم المائي. إرفاق مكثف لRBF أو ختم مع سدادة مطاطية وParafilm الشمع.
    3. الحرارة عند 60 درجة مئوية تحت التحريك المستمر لمدة 16 ساعة. بعد التبريد، أجهزة الطرد المركزي الحل في 2056 x ج لمدة 10 دقيقة.
    4. إفراغ طاف في حاوية النفايات القلوية وredisperse مسحوق حافزا في 20 مل من الماء عالى النقاء DI.
    5. الطرد المركزي في 4626 x ج لمدة 10 دقيقة، تجاهل طاف، وتفعل واحدة النهائي 20 مل شطف المياه DI. ما يصل الى 12850 x ج قد تكون هناك حاجة لالنانوية غير معتمد.
    6. تجفيف مسحوق تحت فراغ ومن ثم تخزينها في فراغ dessicator أو صندوق قفازات النيتروجين الجاف لمنع أكسدة الأكبر على المدى الطويل من كربيد المعدنية أو نيتريد النانوية.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

في الخطوة الأولى من البروتوكول، والهدف من ذلك هو تغليف الواحد من المعدن أو متعلق بنظام المعدنين أكسيد المعادن الانتقالية (TMO) مصادر القدرة النووية في نطاق السيليكا الصغيرة التي الشكل 1 يوضح الصور التي التقطت من التوليفات تمثيلية قبل وبعد هطول الأمطار مع الميثانول. وقد لوحظ نتيجتين المورفولوجية استنساخه خلال هذه الخطوة التي تبدو وكأنها تعتمد على المعادن المستخدمة في تركيب: مصادر القدرة النووية TMO يمكن أن تطلى منفردة مع المجال السيليكا (الشكل 2B) ...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويرد الإجراء لتوليف غير متكلس والمعادن إنهاء كربيد المعادن الانتقالية ونيتريد النانوية مع أحجام الانضباطي وهيكل هنا تشمل 26 خطوات حاسمة في الأسلوب: استخدام RBF خالية من الرطوبة لاحتواء المخفف السلائف آلكوكسيد المعدنية، وتجنب الفلزات القلوية الشوائب خلال جميع الخطوات، مما عجل في RME مع الميثانول الزائدة بدلا من الأسيتون أو الأيزوبروبانول، وأداء الاختيار السليم قبل تسرب الكربنة أو nitridizing المكونات، واستخدام معدات الوقاية الشخصية المناسبة عند العمل مع ثنائي فلوريد الأم...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين ما يكشفون عنه.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تمت رعاية هذا العمل من قبل قسم العلوم الكيميائية وعلوم الأرض والعلوم البيولوجية ، مكتب علوم الطاقة الأساسية ، مكتب العلوم ، وزارة الطاقة الأمريكية ، رقم المنحة. DE-FG02-12ER16352. تشكر S.T.H. المؤسسة الوطنية للعلوم على الدعم المالي من خلال زمالة أبحاث الدراسات العليا لمؤسسة العلوم الوطنية بموجب المنحة رقم 1122374.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
n-heptaneسيجما ألدريتش246654
بولي أوكسي إيثيلين (4) لوريل الأثيرسيجما ألدريتش235989بريج & ريج ؛ L4
التنغستن (VI) الأيزوبروكسيدAlfa Aesar40247W (VI) IPO
التنغستن (السادس) كلوريدسيجما ألدريتش241911< / a>لتحضير W (VI) IPO ،
كيماويات Strem كلوريد التنغستن (IV)74-2348لتحضير W (IV) IPO ، التنتالوم محلي
الصنع (V) إيزوبروبوكسيدAlfa Aesar40038< / a>Ta (V) IPO
النيوبيوم (V) إيزوبروكسيدألفا إيسار 36572 < / a>ملحوظة (V) IPO
النيكل (II) ميثوكسي إيثوكسيدألفا إيسار42377Ni (II) MEO
التيتانيوم (IV) إيزوبروبوكسيدسيجما ألدريتش< a href = "http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/87560?lang=en& ؛ region=US">87560Ti (IV)IPO
الموليبدينوم (V) الأيزوبروبوكسيدAlfa Aesar39159Mo(V)IPO
الموليبدينوم (V) كلوريدسيجما-ألدريتش208353< / أ >لتحضير Mo (V) IPO ،
رباعي إيثيل أورثوسيليكاتسيجما ألدريتشمحلي الصنع 333859TEOS
هيدروكسيد الأمونيومسيجما ألدريتش320145
الميثانولسيجما ألدريتش34860
إيزوبروبانول اللامائيسيجما ألدريتش278475< / أ>لتحضير الألكوكسيدات محلية الصنع
فلوريد الأمونيومسيجما ألدريتش224820
الكربون الأسودكابوت كورب.فولكان & ريج; XC72R
غاز الميثانAirGasME R300
الهيدروجينAirGasHY UHP300
الأمونياAirGasAM AH80N705
فرن أنبوب الكوارتزMTI Corp.OTF-1200X-S-UL
محلية الصنع ثنائي

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Oyama, S. T. The Chemistry of Transition Metal Carbides and Nitrides. , Blackie. (1996).
  2. Michalsky, R., Zhang, Y. -J., Medford, A. J., Peterson, A. A. Departures from the Adsorption Energy Scaling Relations for Metal Carbide Catalysts. J. Phys. Chem. C. 118 (24), 13026-13034 (2014).
  3. Kimmel, Y. C., Xu, X., Yu, W., Yang, X., Chen, J. G. Trends in Electrochemical Stability of Transition Metal Carbides and Their Potential Use As Supports for Low-Cost Electrocatalysts. ACS Catal. 4 (5), 1558-1562 (2014).
  4. Levy, R. B., Boudart, M. Platinum-like behavior of tungsten carbide in surface catalysis. Science. 181, 547-549 (1973).
  5. Chen, Z., Higgins, D., Yu, A., Zhang, L., Zhang, J. A review on non-precious metal electrocatalysts for PEM fuel cells. Energy Environ. Sci. 4 (9), 3167-3192 (2011).
  6. Esposito, D. V., Chen, J. G. Monolayer platinum supported on tungsten carbides as low-cost electrocatalysts: opportunities and limitations. Energy Environ. Sci. 4, 3900(2011).
  7. Stottlemyer, A. L., Kelly, T. G., Meng, Q., Chen, J. G. Reactions of oxygen-containing molecules on transition metal carbides: Surface science insight into potential applications in catalysis and electrocatalysis. Surf. Sci. Rep. 67, 201-232 (2012).
  8. Bell, A. T. The impact of nanoscience on heterogeneous catalysis. Science. 299, 1688-1691 (2003).
  9. Kimmel, Y. C., Esposito, D. V., Birkmire, R. W., Chen, J. G. Effect of surface carbon on the hydrogen evolution reactivity of tungsten carbide (WC) and Pt-modified WC electrocatalysts. Int. J. Hydrogen Energy. 37, 3019-3024 (2012).
  10. Yang, X., Kimmel, Y. C., Fu, J., Koel, B. E., Chen, J. G. Activation of Tungsten Carbide Catalysts by Use of an Oxygen Plasma Pretreatment. ACS Catal. 2, 765-769 (2012).
  11. Garcia-Esparza, A. T., et al. Tungsten carbide nanoparticles as efficient cocatalysts for photocatalytic overall water splitting. ChemSusChem. 6, 168-181 (2013).
  12. Yan, Z., Cai, M., Shen, P. K. Nanosized tungsten carbide synthesized by a novel route at low temperature for high performance electrocatalysis. Sci. Rep. 3, 1646(2013).
  13. Giordano, C., Erpen, C., Yao, W., Antonietti, M. Synthesis of Mo and W carbide and nitride nanoparticles via a simple 'urea glass' route. Nano Lett. 8, 4659-4663 (2008).
  14. Abdullaeva, Z., et al. High temperature stable WC1−x@C and TiC@C core–shell nanoparticles by pulsed plasma in liquid. R. Soc. Chem. Adv. 3, 513(2013).
  15. Vallance, S. R., et al. Probing the microwave interaction mechanisms and reaction pathways in the energy-efficient, ultra-rapid synthesis of tungsten carbide. Green Chem. 14, 2184(2012).
  16. Shen, P. K., Yin, S., Li, Z., Chen, C. Preparation and performance of nanosized tungsten carbides for electrocatalysis. Electrochim. Acta. 55, 7969-7974 (2010).
  17. Nikiforov, A. V., et al. WC as a non-platinum hydrogen evolution electrocatalyst for high temperature PEM water electrolysers. Int. J. Hydrogen Energy. 37, 18591-18597 (2012).
  18. Fang, Z. Z., Wang, X., Ryu, T., Hwang, K. S., Sohn, H. Y. Synthesis, sintering, and mechanical properties of nanocrystalline cemented tungsten carbide – A review. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 27, 288-299 (2009).
  19. Liu, Y., Kelly, T. G., Chen, J. G., Mustain, W. E. Metal Carbides as Alternative Electrocatalyst Supports. ACS Catal. 3, 1184-1194 (2013).
  20. Nie, M., Shen, P. K., Wei, Z. Nanocrystaline tungsten carbide supported Au–Pd electrocatalyst for oxygen reduction. J. Power Sources. 167 (1), 69-73 (2007).
  21. Ham, D. J., et al. Palladium-nickel alloys loaded on tungsten carbide as platinum-free anode electrocatalysts for polymer electrolyte membrane fuel cells. Chem Commun (Camb). 47 (20), 5792-5794 (2011).
  22. Yan, Y., et al. Template-free pseudomorphic synthesis of tungsten carbide nanorods. Small. 8, 3350-3356 (2012).
  23. Esposito, D. V., et al. Low-cost hydrogen-evolution catalysts based on monolayer platinum on tungsten monocarbide substrates. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 9859-9862 (2010).
  24. Esposito, D. V., Hunt, S. T., Kimmel, Y. C., Chen, J. G. A new class of electrocatalysts for hydrogen production from water electrolysis: metal monolayers supported on low-cost transition metal carbides. J. Am. Chem. Soc. 134, 3025-3033 (2012).
  25. Kelly, T. G., Hunt, S. T., Esposito, D. V., Chen, J. G. Monolayer palladium supported on molybdenum and tungsten carbide substrates as low-cost hydrogen evolution reaction (HER) electrocatalysts. Int. J. Hydrogen Energy. 38, 5638-5644 (2013).
  26. Hunt, S. T., Nimmanwudipong, T., Roman-Leshkov, Y. Engineering non-sintered, metal-terminated tungsten carbide nanoparticles for catalysis. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 53 (20), 5131-5136 (2014).
  27. Mehrota, R. C. Alkoxides and Alkylalkoxides of Metals and Metalloids. Inorg. Chim. Acta. 1, 99-112 (1967).
  28. Munoz-Aguado, M., Gregorkiewitz, M. Sol-Gel Synthesis of Microporous Amorphous Silica from Purely Inorganic Precursors. J. Colloid Interface Sci. 185, 459-465 (1997).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

Silica EncapsulationMetal Oxide NanoparticlesCarburization ProcessNitridation ProcessSilica Shell RemovalTransmission Electron MicroscopyPowder X ray DiffractionX ray Photoelectron SpectroscopyHigh Surface Area Support

مقالات ذات صلة