Síntesis y caracterización de dopado con Fe aluminosilicato nanotubos con propiedades conductoras mejoradas Electron

Resumen

A continuación, se presenta un protocolo para sintetizar y caracterizar nanotubos de aluminosilicatos dopados con Fe. Los materiales se obtienen por cualquiera de síntesis sol-gel tras la adición de FeCl ₃ • 6H ₂ O a la mezcla que contiene los precursores de Si y Al o por post-síntesis de intercambio iónico de aluminosilicato de nanotubos de preformados.

Resumen

El objetivo del protocolo es sintetizar nanotubos de aluminosilicatos dopados con Fe del tipo imogolita con la fórmula (OH) _{3-Al 2 x 3 x} O Fe SiOH. Dopaje con Fe tiene como objetivo la reducción de la brecha de banda de imogolita, un aislante con la fórmula química (OH) ₃ Al ₂ O ₃ SiOH, y al modificar sus propiedades de adsorción hacia colorantes azoicos, una clase importante de contaminantes orgánicos, tanto de las aguas residuales y las aguas subterráneas .

Nanotubos dopados-Fe se obtienen de dos maneras: por síntesis directa, donde se añade FeCl ₃ a una mezcla acuosa de los precursores de Si y Al, y por la carga post-síntesis, donde los nanotubos de preformados se ponen en contacto con un FeCl ₃ • 6H ₂ solución acuosa O. En ambos métodos de síntesis, de sustitución isomórfica de Al ³⁺ por Fe3 ⁺ se produce, la preservación de la estructura de nanotubos. sustitución isomorfa está de hecho limitada a una fracción de masade ~ 1.0% de Fe, ya que en un contenido de hierro superior (es decir, una proporción en masa de 1,4% de Fe), Fe ₂ O ₃ grupos se forman, sobre todo cuando se adoptó el procedimiento de carga. Las propiedades fisicoquímicas de los materiales se estudian por medio de difracción de polvo de rayos X (XRD), N ₂ isotermas de sorción a -196 ° C, de alta resolución microscopía electrónica de transmisión (HRTEM), reflectancia difusa (DR) UV-Vis espectroscopia, y mediciones ζ-potenciales. El resultado más relevante es la posibilidad de sustituir los iones Al ³⁺ (que se encuentra en la superficie exterior de los nanotubos) por la carga post-síntesis sobre imogolita preformada sin perturbar el delicado equilibrio de la hidrólisis se produce durante la formación de nanotubos. Durante el procedimiento de carga, un intercambio aniónico se produce, donde Al ³⁺ iones en la superficie exterior de los nanotubos son reemplazados por iones Fe ^3+. En nanotubos de aluminosilicatos dopados con Fe, la sustitución isomórfica de Al ³⁺ por Fe3 ⁺ is encontrado que afectan a la banda prohibida de imogolita dopado. Sin embargo, los sitios de Fe ³⁺ en la superficie exterior de los nanotubos son capaces de coordinar restos orgánicos, como el azo-colorante Acid Orange 7, a través de un mecanismo de ligando-desplazamiento se produce en una solución acuosa.

Introducción

El término nanotubo (NT) es universalmente asociado con nanotubos de carbono ^1, uno de los objetos químicos más estudiados en la actualidad. Menos conocido es el hecho de que las NT de aluminosilicato también pueden ser sintetizados ^2,3, además de estar presente en la naturaleza (principalmente en suelos volcánicos). Imogolita (OMI) es un aluminosilicato hidratado con la fórmula (OH) ₃ Al ₂ O ₃ SiOH ^4,5, que se producen como de pared única NT con grupos de Al (OH) Al y Al-O-Al en la superficie exterior y la no silanoles que interactúan (SiOH) en el interior de un ^6. En cuanto a la geometría,....

Protocolo

1. Síntesis de 3 g de las NT OMI

1. En un ambiente seco, de preparar una solución 80 mM HClO ₄ por adición lenta de 1,3 ml de ácido perclórico con una proporción en masa de 70% a 187,7 ml de agua bidestilada a temperatura ambiente (rt). Use un vaso de precipitados de 2.000 ml que será útil para las diluciones sucesivas (paso 1.6).
2. En un vaso de precipitados más pequeños en la sala en seco, mezcla 8 ml de aluminio-tri-butóxido sec (97%) (ATSB; la fuente de aluminio) ^43,44 y 3,8 ml de ortosilicato de tetraetilo (98%) (TEOS; la fuente de Si) en la relación molar al: Si = 2: 1,1. Usar pipetas graduadas para medir los volúm....

Resultados

En cuanto a la síntesis de la OMI y Fe dopado OMI NT, las cuestiones más relevantes son: i) la formación de las NT, especialmente durante Fe-dopaje por síntesis directa; ii) el entorno real de especies Fe en los materiales finales; y iii) el efecto de Fe en las propiedades físico-químicas del material, especialmente de su intervalo de banda y sus propiedades de adsorción. La presencia de Fe en la superficie exterior de las NT es, en efecto esperado para modificar las interacciones entre .......

Discusión

Con el fin de tener éxito, el protocolo reportado tiene que ser seguido con cuidado, ya que la formación de las NT depende estrictamente de las condiciones de síntesis. Los siguientes pasos son fundamentales: en los pasos 1.2 y 2.3, un ligero exceso de TEOS tiene que ser utilizado con respecto a la relación de estequiometría Si / Al (es decir, TEOS: ATBS = 1.1: 2). El exceso de TEOS evita la formación preferente de gibbsita (Al (OH) ₃₎ y / o boehmita (AIOOH) fases ^46,47.

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Ácido perclórico (70%) puriss. p.a., reactivo ACS, 70% (T)	Sigma Aldrich (Fluka)	77230	Tóxico. Use un protector facial y un filtro de respiración.
Aluminio-tri-seg-butóxido 97%	Sigma Aldrich	201073	Irritación de la piel y los ojos. Use protectores oculares y faciales y un filtro de respiración.
Ortosilicato de tetraetilo (grado de reactivo 98%)	Sigma Aldrich	131903	Tóxico. Irritación de la piel y los ojos. Use protectores oculares y faciales y un filtro de respiración.
Cloruro de hierro (III) hexahidratado reactivo ACS, 97%	Sigma Aldrich	236489	Tóxico y corrosivo. Use protectores oculares y faciales y guantes.
Naranja II Sal sódica para microscopía (Hist.), indicador (pH 11.0-13.0)	Sigma Aldrich (Fluka)	75370	Irritación de la piel y los ojos. Use guantes y mascarilla contra el polvo.