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

الهدف العام من هذا الإجراء هو تخليق جسيمات نانوية من كربيدات المعادن الانتقالية غير متمركزة ومنتهية بالمعادن. يتم تحقيق ذلك أولاً عن طريق تغليف جسيمات نانوية من أكاسيد المعادن الانتقالية أحادية المعدن أو ثنائية المعدن في أغلفة من السيليكا عبر مستحلب دقيق عكسي. وتتمثل الخطوة الثانية في كربنة الجسيمات النانوية باستخدام فرن أنبوبي.

في هذه الخطوة، يقوم الهيدروجين الجزيئي باختزال جسيمات أكسيد المعدن النانوية المغلفة عن طريق إزالة أكسجين الشبكة البلورية على شكل ماء جزيئي عند درجات حرارة مرتفعة. بعد ذلك، يتحلل الميثان عند سطح المعدن وينغرس في الشبكة البلورية مكوناً الكربيد. وتتمثل الخطوة النهائية في إزالة أغلفة السيليكا باستخدام محلول في درجة حرارة الغرفة يحتوي على وسائط فلوريد مائية.

في النهاية، يُستخدم المجهر الإلكتروني النافذ وتحليلات أخرى مثل حيود الأشعة السينية للمساحيق ومطيافية الأشعة السينية الضوئية للإلكترونات لإثبات أن الجسيمات النانوية عبارة عن كربيدات نقية الطور، وغير مركزية، ومنتهية بالمعدن. وتتمثل المزايا الرئيسية لهذه التقنية مقارنة بالطرق الحالية، مثل التشريب الرطب على أسود الكربون، في أن التغليف داخل مصفوفة من نيتريك الكربون يسمح بضبط حجم الجسيمات وتركيبها بدقة قبل المعالجات الحرارية، كما يمكن تشتيت الجسيمات النانوية الناتجة على أي حامل حفاز ذو مساحة سطح عالية دون تعريض الحامل لظروف كربنة أو تعادل قاسية. لتحضير المستحلب الدقيق العكسي، أضف أولاً 240 milliliters من الهبتان اللامائي إلى دورق مستدير القاع سعة لتر واحد، نظيف ومجفف في الفرن، ويحتوي على قضيب تقليب مغناطيسي مجفف في الفرن، وذلك باستخدام مخبار مدرج نظيف ومجفف في الفرن، ثم أضف 54 milliliters من بولي أوكسي إيثيلين لوريل إيثر إلى الهبتان، وتحت التقليب المستمر أضف 7.8 milliliters من الماء منزوع الأيونات فائق النقاء.

باستخدام ماصة، أضف من 0.1 إلى 0.5 milliliters من هيدروكسيد الأمونيوم بدرجة نقاء كيميائية إلى المستحلب إذا رغبت في ذلك. ولتقليل وقت التحلل المائي، أغلق القارورة بسدادة مطاطية وشمع البارافورم واترك المستحلب الدقيق العكسي يمتزج لمدة 10 minutes على الأقل. بعد ذلك، قم بتحضير محلول كحولي من سلف oxide المعدني مع heptane.

بعد وضع الدورق المستدير القاع سعة 250 milliliter، النظيف والمجفف في الفرن، داخل صندوق قفازات مملوء بالنيتروجين الجاف، أضف 12 milliliters من تانتالوم إيزوبروبوكسيد بنسبة 5%weight per volume في الإيزوبروبانول باستخدام حقنة نظيفة وجافة؛ وفي هذه المرحلة، يمكن أيضاً إضافة أكاسيد فلزية عضوية أخرى باستخدام كانيولا نظيفة ومجففة في الفرن. انقُل 120 milliliters من الهبتان اللامائي إلى الدورق سعة 250 milliliter الذي يحتوي على محلول الألكوكسيد الفلزي.

بعد ذلك، وباستخدام كانيولا نظيفة ومجففة في الفرن، انقل محلول أكسيد المعدن في الكحول والهبتان إلى المستحلب الدقيق العكسي مع التحريك المستمر على مدار 10 دقائق. وبعد مرور أربع ساعات، استخدم سرنجة نظيفة وجافة لحقن 1.4 milliliters من هيدروكسيد الأمونيوم بدرجة نقاء كاشف كيميائي في المحلول قطرة تلو الأخرى. ثم باستخدام سرنجة أخرى نظيفة وجافة، احقن 1.2 milliliters من تيترا إيثيل أورثو سيليكات بدرجة نقاء كاشف كيميائي قطرة تلو الأخرى.

بعد مرور 16.5 ساعة، قم بإزالة السدادة المطاطية واستخدم مخباراً مدرجاً نظيفاً وجافاً لإضافة 300 milliliters من الميثانول إلى المحلول مع التحريك المستمر. وبعد 10 دقائق من التحريك، قم بإزالة قضيب التحريك واترك المحلول يترسب لمدة ساعة واحدة، ثم اسكب الأطوار السائلة في حاوية نفايات عضوية واجمع أكاسيد المعادن المغلفة بالسيليكا (الطور الصلب) في أنابيب طرد مركزي نظيفة سعة 50 milliliter قبل إجراء المزيد من المعالجة كما هو موضح في البروتوكول النصي لكربنة مسحوق أكاسيد المعادن المغلفة بالسيليكا في جو من الميثان والهيدروجين، ثم ضع مسحوق أكاسيد المعادن المغلفة بكالسيوم وسيليكا في قارب بوتقة Illumina غير مطلية وضعه في فرن أنبوب كوارتز. قم بتطهير فرن أنبوب الكوارتز بالنيتروجين لمدة 30 دقيقة على الأقل لإزالة الأكسجين.

قم أيضاً بإجراء فحص للتسريب عن طريق رش جميع الوصلات بالماء والصابون، ثم قم بكربنة مسحوق أكسيد المعدن المغلف بالسيليكا باستخدام معدل تسخين قدره 2 °C في الدقيقة حتى 850 °C لمدة أربع ساعات تحت تدفق 120 SCCM من الهيدروجين و33 SCCM من الميثان لتكوين كربيدات معدنية مغلفة بالسيليكا. بعد مرور أربع ساعات، أوقف تدفق الميثان وحافظ على المسحوق عند درجة حرارة 850 °C لمدة ساعة واحدة في تدفق 120 SCCM من الهيدروجين فقط لإزالة أي كربون سطحي زائد، وذلك تمهيداً لإذابة السيليكا في فلوريد الأمونيوم للحصول على كربيدات معدنية مستقرة حمضياً. زن 200 mg من الكربيدات المعدنية المغلفة بالسيليكا وضعها في حاوية من البولي بروبيلين قابلة للإغلاق سعة 30 mL مع قضيب تحريك مغناطيسي مطلي بالتفلون.

إذا كان المراد تثبيت الجسيمات النانوية على حامل محفز ذي مساحة سطحية عالية مثل الكربون أو أسود الكربون أو أنابيب الكربون النانوية، فيجب وزن المادة وإضافتها إلى حاوية بولي بروبيلين قابلة للإغلاق. بعد ذلك، يتم إضافة 20 milliliters من الماء منزوع الأيونات فائق النقاء والبدء في الخلط لتكوين معلق. ثم يتم وزن خمسة غرامات من فلوريد الأمونيوم ثنائي الفلور أو NH₄HF₂ وإضافتها إلى الخليط تحت التقليب.

بمجرد الإغلاق، يكون ذوبان A BF في الماء داخل الحاوية المصنوعة من البولي بروبيلين تفاعلاً ماصاً للحرارة، لذا ستنخفض درجة حرارة المحلول لضمان الذوبان الكامل للسيليكا وتشتت الجسيمات النانوية بشكل جيد على حامل الحفاز. أوقف التفاعل بعد 16 ساعة عن طريق إضافة هيدروكسيد الأمونيوم بدرجة نقاء كيميائية قطرة بقطرة لمعادلة محلول A BF حتى يصل الرقم الهيدروجيني pH إلى ستة إلى سبعة. توخ الحذر لأن هذا التفاعل طارد للحرارة؛ أفرغ الخليط المتعادل في أنبوب طرد مركزي وقم بإجراء الطرد المركزي عند 2056 ×g لمدة 10 دقائق.

تظهر هنا صور نموذجية مأخوذة بالمجهر الإلكتروني النافذ لجسيمات نانوية من أكاسيد المعادن الانتقالية المبكرة، والمغلفة بطبقات متعددة وأخرى بطبقة واحدة، ومغلفة بأغلفة من السيليكا. وهنا، تظهر صور نموذجية بالمجهر الإلكتروني النافذ لجسيمات نانوية من كربيد المعادن مغلفة بالسيليكا بعد عملية الكربونية، مع توزيعات مختلفة لأحجام جسيمات كربيد المعادن النانوية. كما تظهر هنا صورة نموذجية بالمجهر الإلكتروني الماسح النافذ لجسيمات نانوية من كربيد التنجستن غير مركزة ومنتهية بالمعادن، ومشتتة على دعامة من أسود الكربون بعد إزالة أغلفة السيليكا.

بعد مشاهدة هذا الفيديو، يجب أن يكون لديك فهم جيد لكيفية تخليق جسيمات نانوية من كربيد ونترات المعادن الانتقالية المنتهية بمعادن غير مركزية باستخدام نهج الكبسلة بالسيليكون بوساطة الحركة الميكروية العكسية.