مقالة منهجية

مفاعل بهوتوكاتاليتيك تدفق مستمر لترسب الجسيمات النانوية المعدنية التي تسيطر عليها على وجه التحديد

DOI:

10.3791/58883

⸱

أبريل 10, 2019

 ,  ,  , 
1Institut des matériaux, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), 2Laboratory for Functional Polymers, Swiss Federal Laboratories for Materials Science and Technology (Empa), 3Faculty of Engineering and Natural Sciences, Sabanci University, 4SUNUM Nanotechnology Research Centre, Sabanci University

في هذه المقالة

ملخص

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

لتوليف متواصلة وقابلة للتطوير نانومترى المستندة إلى المعادن النبيلة، تم تطوير مفاعل بهوتوكاتاليتيك رواية ويرد هيكلها والمبادئ العملية، واستراتيجيات تحسين نوعية المنتج.

الملخص

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

في هذا العمل، هو تطوير مفاعل بهوتوكاتاليتيك رواية للإثارة التي تسيطر عليها ونابض فوتوكاتاليست وترسب الجسيمات النانوية المعدنية الدقيقة. وترد المبادئ التوجيهية للنسخ المتماثل من المفاعل وعملها بالتفصيل. وتصدر ثلاثة أنظمة المركبة المختلفة (Pt/الجرافين، Pt/TiO2، والاتحاد الأفريقي/TiO2) مع مونوديسبيرسي والجسيمات الموزعة بانتظام هذا المفاعل، وآلية فوتوديبوسيتيون، فضلا عن استراتيجية التحسين التوليف، وتناقش. ويرد وصف أساليب التوليف وجوانبها التقنية شاملة. وترد القيم المثلى لكل نظام مركب وهو التحقيق في دور الأشعة فوق البنفسجية (الأشعة فوق البنفسجية) الجرعة (في كل نبض الإثارة) في عملية فوتوديبوسيشن.

المقدمة

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

جسيمات نانوية المعدني، لا سيما المعادن النبيلة (مثلاً، حزب العمال، الاتحاد الأفريقي، Pd) لها تطبيقات واسعة في الحفز1. وبصفة عامة، تناقص حجم جسيمات نانوية (NPs) يزيد من نشاطهم التحفيزي مع الحفاظ على ثابت التكلفة (الوزن)، ولكنه أيضا يجعل تطبيقها أكثر صعوبة. مصادر القدرة النووية (عادة ما تكون أقل من 10 نانومتر) لديها ميول كبيرة للتجميع، الذي يحط من قدر نشاطهم التحفيزي؛ ومع ذلك، التثبيت على ركائز مناسبة معظمهم حل هذه المشكلة. وعلاوة على ذلك، اعتماداً على نوع التطبيق (على سبيل المثال، اليكتروكاتاليسيس)، من الضروري في بعض الأحيان شل القدرة على ركائز موصلة2،3. يمكن أيضا أن يكون تهجين لأمان مع أشباه الموصلات لتشكيل حاجز شوتكي وتجنب (تأخير) جزئ (يتصرف كالفخاخ إلكترون) إلكترون-ثقب4،5. ومن ثم فالمعدن نبيلة NPs (ننبس) في معظم التطبيقات، أودعت أما على موصلة (مثلاً، الجرافين) أو سيميكوندوكتيفي (مثلاً، TiO2) الركيزة. وفي كلتا الحالتين، خفضت الكاتيونات المعدنية عادة حضور الركيزة، ويختلف أسلوب الحد من أسلوب واحد إلى آخر.

للترسب ننبس عن طريق الحد من تلك الاتصالات، ينبغي توفير الإلكترونات (مع إمكانية الكهربائية المناسبة). التي يمكن أن يتم ذلك بطريقتين: طريق الأكسدة الأخرى من الأنواع الكيميائية (عامل تخفيض)7 6،، أو من مصدر طاقة خارجي8. على أي حال، للترسب مونوديسبيرسيد لأمان متجانسة، من الضروري فرض رقابة صارمة على توليد ونقل من الإلكترونات (الحد). هذا صعب جداً عند استخدام عامل تخفيض حيث يوجد تقريبا أي سيطرة على عملية الحد من مجرد مختلطة كواشف مختبر (الكاتيونات وعامل تخفيض). وعلاوة على ذلك، يمكن أن تشكل مصادر الطاقة النووية في أي مكان، وليس بالضرورة على الركازة المستهدفة. عند استخدام مصدر طاقة خارجي، السيطرة على عدد الإلكترونات المقدمة أفضل بكثير، ولكن يمكن فقط أن تودع NPs على سطح قطب.

بهوتوكاتاليتيك ترسب (PD) هو نهج بديل، الذي يوفر المزيد من السيطرة على العدد (الصور) تولد الإلكترونات حيث أنها تتصل مباشرة بجرعة الفوتونات مضيئة (مع طول موجي مناسب). في هذا الأسلوب، المواد الركيزة التي تضطلع بدور مزدوج؛ ويوفر الإلكترونات الحد9 وتستقر NPs شكلت10. وعلاوة على ذلك، شكل NPs فقط على الركازة منذ الإلكترونات يتم إنشاؤها بواسطة الركازة. اتصال كهربائي مناسب بين مكونات المركب (مصنوعة بطريقة الحد بهوتوكاتاليتيك) مكفولة أيضا11. ومع ذلك، يوجد في أساليب ترسب بهوتوكاتاليتيك التقليدية التي هي مضيئة الدفعي بالكامل من كواشف مختبر (الأيونات الموجبة فوتوكاتاليست والمعادن) في نفس الوقت، أي سيطرة على التنو من ننبس. في الواقع، حالما تتشكل جزيئات قليلة (نويات)، أنها بمثابة مواقع نقل المفضلة ل الإلكترونات فوتوجينيراتيد5 وتتصرف كموقع مفضل نمو. نقل الإلكترون متفوقة هذا يعزز نمو الجسيمات الموجودة وديسفافورس تشكيل نويات جديدة، مما يؤدي إلى تشكيل ننبس كبيرة. ويمكن معالجة هذه المشكلة بالإضاءة نبضات من الأشعة فوق البنفسجية الخفيفة في مفاعل تدفق مستمر خاصة (الشكل 1) الذي تم تطويره مؤخرا لدينا مجموعة12. الميزة الفريدة لهذا المفاعل أنه يسمح للباحثين مراقبة كل العوامل التي أرستها-الحجم-تحديد، إلا وهي، نويات والنمو. في هذا المفاعل، جزء صغير جداً من كواشف مختبر مضاءة لفترة قصيرة جداً من الزمن، تشجيع تشكيل نواة (يتم تشكيل أنوية أكثر)، وتقييد النمو (جسيمات أصغر تتحقق). في هذا الأسلوب، بمراقبة الجرعة الإضاءة (أي، عن طريق ضبط مدة التعرض [تغيير طول كشف أجزاء من الأنبوب رد فعل؛ الشكل 1 ج] أو كثافة الضوء الحادث [عدد المصابيح])، يمكن أن يمارس عنصر تحكم دقيق جداً على مدى العدد من الإلكترونات فوتوجينيراتيد، ومن ثم في عملية الحد من (ترسب الحزب الوطني الجديد).

figure-introduction-1
الشكل 1 : مفاعل الترسيب بهوتوكاتاليتيك ملفقة. (أ) المفاعل. (ب) داخل قاعة الإضاءة. (ج) أنبوب الكوارتز مع طول التعرض للإضاءة 5 × 1 سم. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

على الرغم من الإمكانات الكبيرة للأسلوب PD للترسب ننبس الخاضعة للرقابة، يقتصر تطبيقه على مواد انتشارية. ولحسن الحظ، فمن الممكن لفتح فجوة واسعة نطاق في الجرافين (أحد ركائز أفضل إجراء13) التي لها الروغان كيميائية بسيطة. بعد ذلك، يمكن إزالة هذه المجموعات الوظيفية (FGs) معظمهم والجرافين الناتجة ستكون موصلة ما يكفي بالنسبة لمعظم التطبيقات. بين المشتقات فونكتيوناليزيد العديد من الجرافين، أكسيد الجرافين (GO)، الذي يسلك كبيرة انتشارية خصائص14، هو المرشح الأكثر تبشيرا بالنجاح لهذا الغرض. هذا أساسا إلى حقيقة أن الإنتاج للذهاب بأعلى إنتاج العائد بين الآخرين. ومع ذلك، منذ انتقال تتكون من أنواع مختلفة من FGs، التركيب الكيميائي يختلف باستمرار تحت إضاءة الأشعة فوق البنفسجية. وقد أظهرنا أن مؤخرا بإزالة انتقائية FGs المستعبدين ضعيفة (تخفيض جزئي؛ برجو)، التركيب الكيميائي والخصائص الإلكترونية للذهاب يمكن أن تستقر، وهو شرط أساسي لترسبات متجانسة ننبس12. في هذا التقرير، تصف هيكل المفاعل، وتوفير معلومات مفصلة للنسخ المتماثل والعملية. وتناقش أيضا إليه ترسب (تعمل إليه للمفاعل) واستراتيجيات التحسين الممكنة بقدر كبير من التفصيل. للتحقق من صحة انطباق PD المتقدمة يتجلى المفاعل لكلا النوعين من ركائز مشتركة (الموصلات وأشباه الموصلات) ومختلف ننبس، ترسب البلاتين في برجو و TiO2، فضلا عن الذهب في TiO2،. جدير بالذكر أن تشكيلة مناسبة من المعدن، فوتوكاتاليست وسلائف المواد (مثلاً، الملح، الكاسح هول)، وتشتت وسائط الإعلام، يمكن أيضا إيداع عدة جزيئات معدنية أخرى (مثل Ag و Pd15). من حيث المبدأ-منذ ذلك الحين، في فوتوديبوسيشن ننبس، خفضت الكاتيونات المعدن قبل فوتوكسسيتيد الإلكترونات، يجب أن تتطابق مع مستوى الطاقة بأشباه الموصلات التوصيل الفرقة الحد الأدنى (CBM) مع (تكون سلبية أكثر منها) إمكانات الخفض هدف الكاتيونات. بسبب جوانب الإنتاج التقنية الواسعة، كما يتم وصف توليف برجو بالتفصيل. للحصول على معلومات إضافية فيما يتعلق بالتركيب الكيميائي وخصائص برجو الإلكترونية، يرجى الرجوع إلى العمل السابق12.

ويرد هيكل المفاعل مفصلة تخطيطياً في الشكل 2. المفاعل قد عنصرين رئيسيين هما: إضاءة الأشعة فوق البنفسجية وحجرة خزان. يتكون قسم الإضاءة من أنبوب الكوارتز، الذي يتحدد بالضبط على طول المحور المركزي لأنبوب أسطواني ببطانة ألومنيوم مصقول. يتكون الخزان من زجاجة زجاجية مختومة كاب ل 1 مع الغاز والسائل كواشف (مختبر) مداخل ومنافذ. استخدام حاجز من سيليكون مع ملولبة مكشوفة لإدراج هذه الأنابيب. لأخذ عينات أثناء عملية التفاعل دون السماح للأوكسجين يدخل المفاعل، كما يتم تثبيت منفذ بصمام. تجدر الإشارة هنا أن العينات على فترات زمنية محددة ليست جزءا من عملية الإنتاج نانوي، وأخذ العينات فقط يحتاج إلى أن يتم بمجرد الحصول على منحنيات التركيز-الوقت لكل مجموعة من معلمات التوليف (تطبيق سوف تناقش هذه المنحنيات في قسم المناقشة). يتم وضع الخزان داخل حمام الماء المثلج أثناء خلطها بقوة على محرض مغناطيسية. مضخة مغناطيسية توزع مادة التفاعل من الخزان إلى دائرة رد الفعل (قسم الإضاءة) والعودة إلى الخزان. المغناطيسية يستخدم واحد نظراً لمعدلات تدفق عالية ضرورية (معدل التدفق في هذا العمل = L·min 16-1) والمضخات المتمعجة (أو مضخات مماثلة أخرى) لا يكاد يمكن أن توفر تلك التدفقات. عند استخدام مضخة مغناطيسي، ينبغي الحرص على ملء المكره غلاف (مضخة الإسكان) مع السائل مادة التفاعل تماما وإجلاء أي الهواء المحبوس (مصدر الأكسجين). يمكنك تقليل الهواء المحبوس أيضا معدل التدفق الحقيقي للمضخة.

لإثارة نابض المادية فوتوكاتاليست وأطوال معينة من أنبوب الكوارتز مشمولة بإحباط ألومنيوم سميكة، تاركاً متساوية في الطول بينهما كشفت (الشكل 2). ويمكن تعديل مدة الإثارة نابض بتغيير طول الأجزاء كشفت (طول التعرض). يتم تحديد طول التعرض الأمثل بمعلمات مختلفة، مثل العائد الكم فوتوكاتاليست وتحميل NP المقصود (التركيز على السلائف؛ انظر المناقشة).

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

البروتوكول

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

1-تصنيع وتشغيل مفاعل الترسيب بهوتوكاتاليتيك

تنبيه: عندما يتم تشغيل مصابيح الأشعة فوق البنفسجية، استخدام الأشعة فوق البنفسجية-ج نظارات واقية.

  1. تصنيع مفاعل الترسيب بهوتوكاتاليتيك
    1. تغطي السطح الداخلي للأنابيب البولي فينيل كلوريد (PVC) (قطر × الطول = 15 سم × 55 سم؛ مواد أخرى يمكن أن تستخدم أيضا) بإحباط ألومنيوم سميكة ومصقول، والمدعومة من لاصقة. تثبيت 55 خمسة البنفسجية W مصابيح (انظر الجدول للمواد) على السطح الداخلي للأنبوب على مسافة متساوية.
    2. إصلاح أنبوب كوارتز (قطر × الطول = 0.5 سم × 55 سم) على طول المحور المركزي لأنبوب بولي كلوريد الفينيل (متحدة المركز التكوين). للإثارة نابض فوتوكاتاليست، تغطية أطوال متساوية المطلوب أنبوب الكوارتز مع رقائق الألومنيوم المدعومة من لاصقة نفسه (في هذا العمل، للمركبة Pt/الجرافين: 5 سم × 0.4 سم، 5 سم × 2 سم، و 1 × 50 سم ، وعن حزب العمال/TiO2 والاتحاد الأفريقي/TiO2 المركبة: 5 × 1 سم). علما أن 2.5 سم من أنبوب الكوارتز على كل من جانبي يستخدم لربط الأنابيب البلاستيكية.
    3. تثبيت مروحة ثقيلة في نهاية واحدة من أنبوب PVC (لتهدئة الدائرة إنارة كاملة).

figure-protocol-1
الشكل 2 : التوضيح التخطيطي لمفاعل الترسيب بهوتوكاتاليتيك. T1 هو منفذ الغاز2 الذي يذهب إلى ببلير ن. T2 هو أنبوب أخذ العينات وهو Ps نقطة لمرفق المحاقن (لأخذ العينات). الخامس0 صمام التغذية الأولى والخامسة1 والخامس2 أخذ العينات وأنبوب صمامات الإجلاء (بعد أخذ العينات)، على التوالي. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

  1. تغذية كواشف مختبر للمفاعل
    1. استخدم إعداد مثل واحد هو موضح في الشكل 2. ضع قمع انفصال في وضع رأسي أعلى من المضخة والخزان (كما يجب أن تكون المضخة في وضع رأسي أعلى من الجزء السفلي من الخزان) وتعبئة كواشف مختبر في قمع الفصل.
    2. فتح صمام الخامس0 إلى تغذية مادة التفاعل في المفاعل وإغلاق الصمام (الخامس0) على الفور عندما يتم استنفاد القمع (خلاف ذلك، الهواء سيتم أيضا إدخال المضخة).
      ملاحظة: يتأثر معدل تدفق المضخات المغنطيسية قوي الجاذبية التي تمارس على السائل، بمعنى أن أي تغيير في موقف أجزاء المفاعل (التشريد الرأسي) سيتم تغيير معدل التدفق (وبالتالي، لا أن تحل محله في أجزاء المفاعل مرة واحدة يتم إعداد).

2-تجميع للذهاب جزئيا انخفاض

تنبيه: جميع التجارب التالية ينبغي أن يتم داخل غطاء دخان.

  1. توليف للذهاب
    1. إضافة 100 مل من حامض الكبريتيك 98% و 2 غرام من الجرافيت قارورة Erlenmeyer 500 مل. يبرد قارورة إلى ~ 0 درجة مئوية في حمام الماء المثلج بينما خلط محتوياته على محرض مغناطيسية.
      ملاحظة: استخدام شريط إثارة مغناطيسية كبيرة، منذ التعليق سوف تصبح لزجة جداً في نهاية رد فعل.
    2. إضافة 6 ز برمنغنات البوتاسيوم تدريجيا (على مدى فترة 30 دقيقة) كما رد فعل الطاردة للحرارة جداً. إزالة حمام الماء المثلج ويستمر التحريك ح 6.
    3. وضع قارورة داخل حمام الماء المثلج ومواصلة إثارة للحد الأدنى 15 إضافة 250 مل من الماء المقطر دروبويسي، باستخدام قمع فصل. إزالة حمام الماء المثلج وتدريجيا إضافة 30 مل فوق أكسيد الهيدروجين، والحفاظ على إثارة لمدة 30 دقيقة.
    4. الطرد المركزي من التعليق في 3,500 س ز لمدة 15 دقيقة، وتجاهل المادة طافية. أغسل رواسب مع الماء المقطر. كرر هذه العملية (المياه والصرف الصحي-أجهزة الطرد المركزي) حتى تصل درجة الحموضة إلى 5.
      ملاحظة: سرعة الدوران أعلى (إذا كان متوفراً) سيكون أفضل ولكن ينبغي تعويضها بسرعة أقل مع أوقات أطول في استخدام الطرد المركزي. أيضا ملاحظة أنه عندما ترتفع قيمة الأس الهيدروجيني أعلاه 3-4، حتى بالطرد المركزي منذ فترة طويلة (وأيضا سرعة دوران أعلى) لا يمكن أن يعجل بجميع الجسيمات16 وستفقد جزءا كبيرا من التعليق (تقريبا 1 ز سيبقى في النهاية). رد فعل يمكن أن يكون مؤقتاً هنا (تخزين كواشف مختبر في زجاجة العنبر، أو التفاف زجاجة عادية مع رقائق الألومنيوم).
    5. إضافة المنتج الخطوة السابقة إلى 0.5 لتر حامض الهيدروكلوريك 1 م ويقلب عليه حاء 1 يغسل المنتج كما هو موضح في الخطوة 2.1.3 حتى تصل درجة الحموضة إلى 5. إضافة المنتج إلى 1 لتر ماء المقطر و sonicate أنه في حمام-سونيكاتور على ح 3 (إضافة الثلج للحمام أثناء سونيكيشن لتجنب ارتفاع درجة حرارة).
    6. الطرد المركزي المنتج ل 3 × 20 دقيقة في 3,500 س ز ، وفي كل مرة، وتجاهل رواسب. تخزين تعليق الذهاب الحصول عليها في زجاجة زجاج توج (استخدام زجاجة العنبر، أو التفاف زجاجة عادية مع رقائق الألومنيوم).
      ملاحظة: إذا لزم الأمر، يمكن أن تكون الأوقات أجهزة الطرد المركزي كسر وصولاً إلى فترات أقصر (مع فترات التبريد في بين) لتجنب ارتفاع درجة الحرارة (أعلى من درجة حرارة الغرفة [RT]) من التعليق منذ، خلاف ذلك، رواسب غير المرغوب فيها وسوف لا يستقر.
    7. تزن ثلاثة أطباق المتبلور الجافة (لوحدة التخزين من 100-200 مل) مع توازن الصف تحليلية (0.01 ملغ القراءة)، كل منها 3 x. يهز تعليق الذهاب جيدا، وبعد 1 دقيقة، إضافة بالضبط (مع أعلى دقة ممكنة) 100 مل منه إلى كل من الأطباق المتبلور. ترك الأطباق في فرن 70-80 درجة مئوية لتجف تماما.
    8. عن طريق الوزن الجاف النهائي (تزن كل طبق x 3 في نفس الرصيد التحليلية) وإفراغ طبق الوزن، وتحديد محتوى صلبة تعليق الذهاب بحساب متوسط القيم التي تم الحصول عليها من ثلاثة أطباق. ضبط التركيز إلى 0.2 جرام/لتر بإضافة الكمية المطلوبة من الماء المقطر.
      ملاحظة: للتحقق من حالة جفاف اكتمال أو لا، التحقق من تغييرات الوزن خلال يومين متتاليين. وينبغي أن يتم تقدير وزن فورا بعد أخذ الأطباق من الفرن (قبل أن يسقط درجة حرارة أقل من 50 درجة مئوية) منذ، خلاف ذلك، زيادة وزن كبير سيجري الاحتفال. على الرغم من أن هذه العملية تستغرق وقتاً طويلاً، نظراً للمحتوى الصلبة ليست عالية، أكثر دقة من الطرق الصلبة-المحتوى-التصميم الأخرى.
  2. تخفيض جزئي للذهاب (توليف برجو)
    1. إضافة تعليق الذهاب المخفف (نتاج الخطوة 2.1.5) على حجم المتساوي من حل هيدروكسيد الصوديوم 4 أمتار في قارورة مستديرة القاع تدريجيا. إرفاق مكثف قارورة والجزر-إثارة التعليق عند 90 درجة مئوية ح 8 (مع عباءة سخان).
    2. بعد التهدئة، "المياه والصرف الصحي-أجهزة الطرد المركزي" المقطر رواسب مع الماء (كما هو موضح في الخطوة 2.1.4) القرب من الأس الهيدروجيني المحايدة (~ 7-8).
      ملاحظة: منذ برجو هيدروفيليسيتي أقل بكثير من أن تذهب، الجميع ينبغي أن يستقر رواسب أثناء الطرد المركزي والمادة طافية ينبغي التوصل إلى حل واضح تماما. إذا كان ليس هذا هو الحال لأي سبب من الأسباب (مثلاً، لا يكفي سرعة الدوران)، قياس المحتوى الصلبة (راجع الخطوة 2.1.8) ينبغي أن يتم في هذه المرحلة أيضا.

3-على بهوتوكاتاليتيك ترسب ننبس

  1. توليف لمركب Pt/الجرافين
    1. ضبط تركيز المنتج من القسم 2، 2 إلى 50 مغ · لام-1 و sonicate التعليق مع سونيكاتور مسبار ح 1 في حمام الماء المثلج. تأخذ مل 540 من المنتج وإضافة 60 مل إيثانول (ثقب الكاسح) ومواصلة sonication (في الجليد) لإضافية ح 1. لمركب Pt/الجرافين % wt 20، إضافة ميكروليتيرس 169 من 8 wt % هيكساتشلوروبلاتينيك حمض محلول مائي (متاح تجارياً) للمنتج ويقلب عليه في درجة حرارة الغرفة لمدة 15 دقيقة (لشحنات أخرى في حزب العمال، حساب المبلغ تبعاً لذلك).
      ملاحظة: ينصح باستخدام المحاليل الأملاح المعدنية الخاملة (إذا كانت متوفرة تجارياً) أو في البداية إعداد حل أسهم عالية تركيز من شكل المسحوق الأملاح. هذه الأملاح بلورات المواد، وعلى امتصاص الماء واسعة النطاق، بسبب وزنها الدقيق والحصول على النتائج استنساخه سوف يكون صعباً أو حتى مستحيلاً.
    2. ملء حمام الماء المثلج بالجليد وار منتج الخطوة السابقة إلى المفاعل، كما هو موضح في القسم 1-2. بدء تشغيل المضخة المغناطيسية وفتح صمام مدخل الغاز2 N مع تدفق عالية. وضع وإصلاح أنبوب منفذ الغاز (تي1 في الشكل 2) في قارورة Erlenmeyer ل 1 وتعبئته مع ~0.7 لتر من المياه حيث أن فقاعات الغاز بها.
    3. لطرد الغاز2 س المذابة من النظام وتهدئة التعليق، قوة مزيج التعليق مع محرض المغناطيسي للحد الأدنى 30 تقليل تدفق الغاز2 ن وتشغيل خمسة مصابيح الأشعة فوق البنفسجية.
      ملاحظة: تدفق الغاز2 ن ليس له تأثير على عملية التوليف نفسها و، وبالتالي، قد لا توجد القيمة المحددة. ومع ذلك، باستمرار تطبيقه على الحفاظ على ضغط إيجابي داخل النظام وتجنب الاختراق2 س. تشكيل فقاعة في نقطة نهاية الأنبوب1 ر داخل قارورة Erlenmeyer مملوءة بالمياه هو الشرط الوحيد لضبط تدفق.
  2. أخذ عينات من ترسب Pt/الجرافين (والحد من برجو للبرج)
    تنبيه: على الرغم من أن ارتداء نظارات في مختبر كيمياء إلزامي دائماً، أنه يستحق ذلك للتذكير مرة أخرى، حيث يوجد في هذه التجربة، مخاطر عالية للرش.
    1. زيادة تدفق الغاز2 ن 5 دقائق بعد تشغيل مصابيح الأشعة فوق البنفسجية. إرفاق حقنه ف نقطةS (الشكل 2). أثناء الضغط على المكبس حقنه لمنعه من الخروج، فتح صمام V1وملء المحاقن مع 20 مل التعليق، وإغلاق الصمام (ت1). فصل المحاقن وفتح صمام V2 لإجلاء تعليق المتبقية داخل أنبوب تي2، وإغلاقه بعد ذلك (ت2). الحد من تدفق الغاز2 ن إلى المستوى السابق.
    2. الطرد المركزي ناتج الخطوة السابقة في س 10,000 ز لأدنى 10 مخزن المادة طافية لتحليل الانبعاثات الضوئية-بلازما الحث يقترن قياس الطيف الكتلي (برنامج المقارنات الدولية-OES). أغسل رواسب مع الماء المقطر والطرد المركزي أنه في 10,000 س ز لمدة 10 دقائق (تجاهل المادة طافية هذه المرة). كرر عملية الغسيل 1 x أكثر.
    3. تفريق ناتج الخطوة السابقة في 50 مل ماء المقطر قبل sonication لطيف في سونيكاتور حمام حاء 1 حل 30 ملغ من حمض الأسكوربيك وآثاره الحرارة عند 90 درجة مئوية حاء 1 المنتج في 10,000 س ز من أجهزة الطرد المركزي لمدة 10 دقائق ، تأخذ رواسب، وتجاهل المادة طافية.
    4. كرر عملية الغسيل 2 x أكثر وتخزين رواسب لأغراض الوصف.
    5. كرر الخطوتين 3.2.1 و 3.2.2 لأخذ العينات مرات من 10، 15، 20، 30، 45، 60، 75، 90، 105 و 120 دقيقة (بعد تشغيل مصابيح الأشعة فوق البنفسجية).
  3. توليف لمركب2 Pt/TiO
    1. إضافة 200 مغ من TiO2 جسيمات نانوية (~ 100-150 المتاحة تجارياً، شمال البحر الأبيض المتوسط في حجم الجسيمات) إلى 570 مل من الماء المقطر و 30 مل من الإيثانول و sonicate أنه مع سونيكاتور تحقيق في حمام الماء المثلج ح 1.
    2. لمركب wt.% 5 Pt/TiO2 ، إضافة 21 ملغ 8 wt.% هيكساتشلوروبلاتينيك حمض المحلول إلى تعليق مستعدة ويقلب عليه في درجة حرارة الغرفة لمدة 15 دقيقة (لشحنات أخرى في حزب العمال، حساب المبلغ تبعاً لذلك). كرر الخطوة 3.1.2 الخليط مستعدة، مع أربعة واثنين من مصابيح الأشعة فوق البنفسجية.
  4. أخذ العينات Pt/TiO 2 الترسيب
    1. تكرار المقطع 3.2 لمنتجات القسم 3.3 في فترات زمنية من 2.5، 5، 7.5، 10 و 20، و 40 دقيقة.
  5. توليف للاتحاد الأفريقي/TiO 2 مركب
    1. لمركب wt.% 5 الاتحاد الأفريقي/TiO2 ، إضافة ميليلتر 345 من g· 50 لام-1 الهيدروجين tetrachloroaurate(III) محلول مائي للمنتج من الخطوة 3.3.1 ويقلب في درجة حرارة الغرفة لمدة 15 دقيقة (لأحمال الاتحاد الأفريقي الأخرى أو مصادر الاتحاد الأفريقي الأخرى، حساب المبلغ تبعاً لذلك). كرر الخطوة 3.1.2 الخليط مستعدة، مع أربعة واثنين من مصابيح الأشعة فوق البنفسجية.
      ملاحظة: نظراً للملح الذهب المستخدمة هنا في شكل مسحوق، نحن في البداية إعداد g· 50 لام-1 حل tetrachloroaurate(III) الهيدروجين في الماء المقطر.
  6. أخذ العينات الاتحاد الأفريقي/TiO 2 الترسيب
    1. تكرار المقطع 3.2 لمنتجات القسم 3.5 في فترات زمنية من 2.5، 5، 7.5، 10 و 20، و 40 دقيقة.

4-نموذج إعداد الأوصاف

  1. بالنسبة لتحليل برنامج المقارنات الدولية-OES supernatants، ببساطة تصفية السوائل مع المرشحات حقنه تترافلوروايثيلين (PTFE) مع حجم مسام 0.2 ميكرون. لمزيد من المعلومات عن برنامج المقارنات الدولية-OES العينات الصلبة، الرجوع إلى Ma ووي17.
    ملاحظة: عندما تكون العينات في شكل الحل، OES برنامج المقارنات الدولية تقنية بسيطة جداً وسريعة، ولكن للعينات الصلبة، خاصة بالنسبة للمعادن النبيلة، فإنه يتطلب عدة عمليات الهضم الموجات الدقيقة مع أكوا regia، وفوق أكسيد الهيدروجين، وحمض الهيدروكلوريك، الأمر الذي يجعل أنها تستغرق وقتاً طويلاً جداً (على الأقل 12 ح لكل إعداد عينة). ومن ثم، لرصد فوتوديبوسيتيون معدل وعملية التحسين، يمكن رصد تغيرات تركيز الكاتيونات المعدنية في المادة طافية.
  2. مجهر إلكتروني (TEM) التصوير، لتفريق رواسب المجمعة في الماء المقطر (تعليق مخفف جداً) وترك ظلالا لهم على شبكات ال (أو تراجع-معطف الشبكة إلى التعليق). مطيافية الأشعة السينية النانومترية (XPS) التحليل، مجرد قطره الصب تتركز تشتت لرواسب على ركائز الأكسجين-بلازما-تعامل الزجاج وتجفيفها على لوحة الساخن.

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

النتائج

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

XPS هو أحد الأساليب الأكثر قوة لتأكيد تشكيل NPs المعدني ودراسة دولهم الكيميائية. لهذا الغرض، سجلت دراسة الأطياف والأطياف ذات الدقة العالية (من حزب العمال4f والاتحاد الأفريقي4f)، الذي يؤكد الحد الكامل من الكاتيونات الفلزية وترسب الناجح ننبس (الشكل 3). ل deconvolution Pt4f والاتحاد الأفريقي4f، في البداية، قد أنجز طرح خلفية شيرلي. بعد ذلك، كانت متحللة الأطياف الأساسية-المستوى إلى مكوناتها مع مختلطة الضبابي/لورينتزيان (...

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

المناقشة

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

جسيمات نانوية هي النموذج الأكثر استخداماً من المواد الحفازة المستندة إلى المعادن النبيلة. في جميع الحالات تقريبا، تودع ننبس موصل أو مادة دعم سيميكوندوكتيفي. هذا التهجين معظمها يتم عن طريق الحد الاتصالات المعدن نبيلة حضور الركيزة المقصود (المادية). ومن ثم، أسلوب توليف ناجحة لإنتاج نانوي المستندة إلى الحزب الوطني الجديد ينبغي أن تستوفي الشروط الرئيسية اثنين على الأقل: 1) الحد الكاتيونات ينبغي أن تكون فعالة وكاملة؛ 2) معدل الترسيب، والمكان والمبلغ يجب السيطرة عليها. في هذا العمل، وقد أثبتنا أن المفاعلات المتقدمة (وأسلوب الت...

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

الإفصاحات

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

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

شكر وتقدير

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

المؤلف يود أن يشكر جامعة سابانجى والمختبرات الاتحادية السويسرية لمواد العلوم والتكنولوجيا (Empa) على كل الدعم الذي قدمته.

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

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
محلول حمض الكلوروبلاتينيكSigma Aldrich262587-50ML
هيدرات رباعي كلورو أورات الهيدروجين AlfaAesar12325.03
TiO2 Nanopowder (TiO2 ، anatase ، 99.9٪ ، 100nm) الموادالنانوية الأمريكية البحثيةUS3411
مسحوق الجرافيتAlfa Aesar10129
حمض الكبريتيك   ؛سيجما ألدريتش1120802500
بيروكسيد الهيدروجينسيجما ألدريتشH1009-100ML
حمض الأسكوربيكسيجما ألدريتشA92902-500G
حمض الهيدروكلوريكسيجما ألدريتش320331-2.5 لتر
هيدروكسيد الصوديومسيجما ألدريتشS5881-1KG
برمنجنات البوتاسيومميرك 1050821000
كورنينج & ريج;   حاجز سيليكون ل GL45 برغي كابسيجما ألدريتش (كورنينج)CLS139545SS
أنابيب البولي فينيل كلوريدKoctasالأشعة فوق البنفسجية غلاف مفاعل
السيليكا Fuded (الكوارتز) أنبوبالزجاجية
للأشعة فوق البنفسجية & ناقص ؛ مصابيح C فيليبستي يو في PL-L 55 واط / 4 ص HF 1CT / 25
التقنية

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Okitsu, K., Mizukoshi, Y. Catalytic Applications of Noble Metal Nanoparticles Produced by Sonochemical Reduction of Noble Metal Ions. Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry. Ashokkumar, M. , Springer. Singapore. 325-363 (2016).
  2. Shakoori Oskooie, M., Menceloglu, Y. Z., Unal, S., Hayat Soytas, S. Rapid Microwave-assisted Synthesis of Platinum Nanoparticles Immobilized in Electrospun Carbon Nanofibers for Electrochemical Catalysis. ACS Applied Nano Materials. , (2018).
  3. Kaplan, B. Y., et al. Graphene: A Promising Catalyst Support for Oxygen Reduction Reaction in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells. ECS Meeting Abstracts. , (2018).
  4. Iliev, V., Tomova, D., Bilyarska, L., Eliyas, A., Petrov, L. Photocatalytic properties of TiO2 modified with platinum and silver nanoparticles in the degradation of oxalic acid in aqueous solution. Applied Catalysis B: Environmental. 63, 266-271 (2006).
  5. Bumajdad, A., Madkour, M. Understanding the superior photocatalytic activity of noble metals modified titania under UV and visible light irradiation. Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 7146(2014).
  6. Şanlı, L. I., Bayram, V., Yarar, B., Ghobadi, S., Gürsel, S. A. Development of graphene supported platinum nanoparticles for polymer electrolyte membrane fuel cells: Effect of support type and impregnation-reduction methods. International Journal of Hydrogen Energy. 41, 3414-3427 (2016).
  7. Işıkel Şanlı, L., Bayram, V., Ghobadi, S., Düzen, N., Gürsel, S. A. Engineered catalyst layer design with graphene-carbon black hybrid supports for enhanced platinum utilization in PEM fuel cell. International Journal of Hydrogen Energy. 42, 1085-1092 (2017).
  8. Domínguez-Domínguez, S., Arias-Pardilla, J., Berenguer-Murcia, Á, Morallón, E., Cazorla-Amorós, D. Electrochemical deposition of platinum nanoparticles on different carbon supports and conducting polymers. Journal of Applied Electrochemistry. 38, 259-268 (2008).
  9. Pan, X., Xu, Y. -J. Defect-Mediated Growth of Noble-Metal (Ag, Pt, and Pd) Nanoparticles on TiO2 with Oxygen Vacancies for Photocatalytic Redox Reactions under Visible Light. The Journal of Physical Chemistry C. 117, 17996-18005 (2013).
  10. Zhang, Y., Zhang, N., Tang, Z. -R., Xu, Y. -J. Graphene Oxide as a Surfactant and Support for In-Situ Synthesis of Au-Pd Nanoalloys with Improved Visible Light Photocatalytic Activity. The Journal of Physical Chemistry C. 118, 5299-5308 (2014).
  11. Abdolhosseinzadeh, S., Asgharzadeh, H., Sadighikia, S., Khataee, A. UV-assisted synthesis of reduced graphene oxide-ZnO nanorod composites immobilized on Zn foil with enhanced photocatalytic performance. Research on Chemical Intermediates. 42, 4479-4496 (2016).
  12. Abdolhosseinzadeh, S., Sadighikia, S., Gürsel, S. A. Scalable Synthesis of Sub-Nanosized Platinum-Reduced Graphene Oxide Composite by an Ultraprecise Photocatalytic Method. ACS Sustainable Chemistry & Engineering. 6, 3773-3782 (2018).
  13. Zhang, N., Yang, M. -Q., Liu, S., Sun, Y., Xu, Y. -J. Waltzing with the Versatile Platform of Graphene to Synthesize Composite Photocatalysts. Chemical Reviews. 115, 10307-10377 (2015).
  14. Han, C., Zhang, N., Xu, Y. -J. Structural diversity of graphene materials and their multifarious roles in heterogeneous photocatalysis. Nano Today. 11, 351-372 (2016).
  15. Abdolhosseinzadeh, S. Bandgap Modulation of Graphene Oxide and Its Application in the Photocatalytic Deposition of Metallic Nanoparticles. , Sabanci University. Doctoral dissertation (2017).
  16. Abdolhosseinzadeh, S., et al. Fast and fully-scalable synthesis of reduced graphene oxide. Scientific Reports. 5, 10160(2015).
  17. Ma, Y., Wei, X. Determination of platinum in waste platinum-loaded carbon catalyst samples using microwave-assisted sample digestion and ICP-OES. AIP Conference Proceedings. 1829 (1), 020008(2017).
  18. Sevilla, M., Sanchís, C., Valdés-Solís, T., Morallón, E., Fuertes, A. B. Highly dispersed platinum nanoparticles on carbon nanocoils and their electrocatalytic performance for fuel cell reactions. Electrochimica Acta. 54, 2234-2238 (2009).
  19. de Sá, D. S., et al. Intensification of photocatalytic degradation of organic dyes and phenol by scale-up and numbering-up of meso- and microfluidic TiO2 reactors for wastewater treatment. Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 364, 59-75 (2018).
  20. Kononova, O. N., Leyman, T. A., Melnikov, A. M., Kashirin, D. M., Tselukovskaya, M. M. Ion exchange recovery of platinum from chloride solutions. Hydrometallurgy. 100, 161-167 (2010).

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

مقالات ذات صلة