Síntesis microemulsión inversa mediada de monometálicos y bimetálico temprana de metal de transición de carburo y nitruro de nanopartículas

El objetivo general de este procedimiento es sintetizar nanopartículas de carburo de metal de transición no centradas y terminadas en metal. Esto se logra encapsulando primero nanopartículas de óxido de metal de transición monometálicas o biometálicas en cáscaras de sílice a través de una microemulsión inversa. El segundo paso es carbonizar las nanopartículas utilizando un horno tubular.

En este paso, el hidrógeno molecular reduce las nanopartículas de óxido metálico encapsuladas al eliminar los oxígenos de la red como agua molecular a temperaturas más altas. Luego, el metano se descompone en la superficie del metal y se intercala en la red formando el carburo. El paso final es eliminar las capas de sílice utilizando una solución a temperatura ambiente que contenga medios acuosos de fluoruro.

En última instancia, la microscopía electrónica de transmisión y otros análisis, como la difracción de rayos X en polvo y la espectroscopia de fotoelectrones de rayos X, se utilizan para mostrar que las nanopartículas son carburos puros en fase, no centrados y terminados en metal. Las principales ventajas de esta técnica sobre los métodos existentes, como la impregnación húmeda en negro de humo, son la encapsulación en una matriz de nitruro de carbono es que el tamaño y la composición de las partículas se pueden ajustar con precisión antes de los tratamientos térmicos y las nanopartículas resultantes se pueden dispersar en cualquier soporte de catalizador de alta área de superficie sin exponer el soporte a condiciones duras de elevación o neutralización del automóvil. Para preparar primero la microemulsión inversa, agregue 240 mililitros de anhidro y heptano a un matraz limpio de fondo redondo de un litro secado en horno que contenga una barra agitadora magnética seca al horno utilizando un cilindro graduado seco en horno limpio, luego agregue 54 mililitros de éter de laurel de polioxietileno al Nhat obtenido bajo agitación constante, agregue 7.8 mililitros de agua desionizada ultrapura bajo agitación constante.

Con una pipeta, agregue de 0,1 a 0,5 mililitros de hidróxido de amonio de grado reactivo a la emulsión si lo desea. Para reducir el tiempo de hidrólisis, selle el matraz con un tapón de goma y cera de paraforma y deje que la microemulsión inversa se mezcle durante al menos 10 minutos. A continuación, prepare una solución de alcohol y heptano precursor de óxido de aluminio metálico.

Colocando primero el matraz limpio de 250 mililitros de fondo redondo secado al horno en una guantera de nitrógeno seco, agregue 12 mililitros de 5% de peso por volumen. Óxido de titanio isop en isopropanol usando una jeringa limpia y seca en esta etapa, también se pueden agregar otros óxidos metálicos usando una cánula limpia secada en horno. Transfiera 120 mililitros de anhidro y heptano al matraz de 250 mililitros que contiene la solución IDE de alce metálico.

A continuación, utilizando una cánula limpia y secada en horno, transfiera la solución de alcohol y heptano de óxido de alce metálico a la microemulsión inversa bajo agitación constante durante 10 minutos. Después de cuatro horas, use una jeringa limpia y seca para inyectar 1,4 mililitros de hidróxido de amonio de grado reactivo en la solución gota a gota. Luego, con otra jeringa limpia y seca, inyecte 1,2 mililitros de ortosilicato de tetraetilo de grado reactivo gota a gota.

Después de 16,5 horas, retire el tapón de goma y use un cilindro limpio, seco y graduado para agregar 300 mililitros de metanol a la solución bajo agitación constante. Después de 10 minutos de agitación, retire la barra de agitación y deje que la solución se asiente después de una hora, decante las fases líquidas en un contenedor de desechos orgánicos y recoja los óxidos metálicos encapsulados en sílice en fase sólida en tubos de centrífuga limpios de 50 mililitros antes de continuar el procesamiento como se describe en el protocolo de texto para carbonizar el polvo de óxido metálico encapsulado en sílice en una atmósfera de hidrógeno metano, cargue el polvo de óxido metálico encapsulado en sílice cálcica en un bote de crisol Illumina sin esmaltar y colóquelo en un horno de tubo de cuarzo. Enjuague el horno de tubo de cuarzo con nitrógeno durante al menos 30 minutos para eliminar el oxígeno.

Además, realice una verificación de fugas rociando todas las juntas con agua jabonosa para carbonizar el polvo de óxido metálico encapsulado en sílice utilizando una velocidad de calentamiento de dos grados Celsius por minuto a 850 grados Celsius durante cuatro horas por debajo de 120 centímetros cúbicos estándar por minuto, o SCCM de hidrógeno y 33 SCCM de metano para formar carburos metálicos encapsulados en sílice. Después de cuatro horas, detenga el flujo de metano y mantenga el polvo a 850 grados Celsius durante una hora en solo 120 SECM de hidrógeno para eliminar el exceso de carbono de la superficie para la disolución de sílice en amonio por fluoruro para carburos metálicos estables al ácido. Pese 200 miligramos de carburos metálicos encapsulados en sílice y colóquelos en un recipiente de polipropileno hermético de 30 mililitros con una barra agitadora magnética recubierta de teflón.

Si se desea apoyar las nanopartículas en un soporte de catalizador de alta superficie, como nanotubos de carbono, negro o carbono, pese el material y agréguelo al contenedor de polipropileno hermético. A continuación, agregue 20 mililitros de agua desionizada ultrapura y comience a mezclar para formar una suspensión. Pese cinco gramos de bifluoruro de amonio o un VF y luego agréguelos a la mezcla para revolver.

Una vez añadido el sellado, la disolución del recipiente de polipropileno de A BF en agua es endotérmica, por lo que la temperatura de la solución descenderá para asegurar la disolución completa de la sílice y una buena dispersión de las nanopartículas en el soporte del catalizador. Detenga la reacción después de 16 horas agregando hidróxido de amonio de grado reactivo gota a gota para neutralizar la solución de A BF a un pH de seis a siete. Tenga cuidado, ya que esta reacción es exotérmica, vacíe la mezcla neutralizada en un tubo de centrífuga y centrifugue a 2056 veces G durante 10 minutos.

Aquí se muestran imágenes representativas de microscopía electrónica de transmisión de nanopartículas de óxido de metal de transición temprana con recubrimiento múltiple e individualmente encapsuladas en capas de sílice. Aquí, las imágenes representativas de microscopía electrónica de transmisión muestran nanopartículas de carburo metálico encapsuladas en sílice después de la carbonización con diferentes distribuciones de tamaño de nanopartículas de carburo metálico. Aquí se muestra una imagen representativa de microscopio electrónico de transmisión de barrido de nanopartículas de carburo de tungsteno no centradas y terminadas en metal dispersas sobre un soporte de negro de humo después de que se hayan eliminado las capas de sílice.

Después de ver este video, debería tener una buena comprensión de cómo sintetizar nanopartículas de nitrato y carburo de metal de transición terminados en metal no centrados utilizando un enfoque de encapsulación de silicio mediado por micromovimiento inverso.