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

El objetivo general de este procedimiento es sintetizar nanotubos de aluminosilicato dopados con hierro del tipo imogolita con propiedades texturales y superficiales definidas y una banda prohibida reducida con respecto al imogolita adecuada. Este método permite la preparación de nanotubos dopados con hierro con un contenido máximo de hierro del 1,4 por ciento en peso, ya sea por síntesis directa o por carga posterior a la síntesis. La principal ventaja del dopaje post-síntesis es la simplicidad del procedimiento.

El dopaje se produce por intercambio iónico de aluminio en la superficie exterior de los nanotubos preformados. Una consecuencia importante del dopaje con hierro es que la banda prohibida de imogolito se reduce de 4,9 a 2,8 a 2,4 electronvoltios, lo que es particularmente relevante para aplicaciones fotocatalíticas y de semiconductores. El hierro de la superficie de tres lados forma conductos con colorantes azoicos aniónicos, que se pueden usar para investigar las interacciones electrostáticas y de ligandos en superficies de nanotubos.

Esta demostración de este método es crítica, ya que la formación de nanotubos depende estrictamente del uso de las condiciones de síntesis adecuadas. Para comenzar la síntesis de nanotubos, en un ambiente seco, coloque 187,7 mililitros de agua destilada doble en un vaso de precipitados de dos litros. Agregue 1,3 mililitros de ácido perclórico al 70% para obtener una solución de 80 milimolares y coloque la mezcla en una placa para revolver.

Con una pipeta graduada, coloque ocho mililitros de tri-sec-butóxido de aluminio en un vaso de precipitados pequeño. Agregue 3,8 mililitros de ortosilicato de tetraetilo con otra pipeta graduada y revuelva suavemente hasta que la mezcla esté clara e incolora. Se debe utilizar un ligero exceso de TEOS, con respecto a la relación estequiometría de silicio a aluminio, para evitar la formación preferencial de otras fases.

Agregue la mezcla ATSB TEOS, gota a gota a la solución de ácido perclórico mientras revuelve. Continúe removiendo durante 18 horas para obtener una mezcla transparente. Agregue 1,3 litros de agua destilada doble a la mezcla de remoje.

Continúe revolviendo durante 20 minutos. Coloque la mezcla diluida en un reactor de autoclave de PTFE de paredes gruesas y caliéntela a 100 grados centígrados durante cuatro días para polimerizar la mezcla. La dilución de la mezcla de reacción es crítica porque la condensación del ácido ortosilícico dificulta la formación de nanotubos.

La temperatura óptima debe estar entre 95 y 100 grados. Al disminuir la temperatura disminuye la formación de nanotubos, mientras que al aumentar la temperatura se forman impurezas. Después del calentamiento, recoja los nanotubos en un filtro de 0,02 micras.

Lave los nanotubos con agua destilada doble y observe el sólido filtrado. Secar los nanotubos en un horno a 50 grados centígrados durante un día para obtener nanotubos de imogolita en forma de polvo blanco. Para comenzar la carga posterior a la síntesis, disperse 0,25 gramos de nanotubos IMO en 15 mililitros de agua destilada doble.

Añadir 0,025 gramos de hierro tres cloruros hexahidratados y remover la mezcla durante 18 horas. A continuación, añada tres mililitros de agua y 1,5 mililitros de hidróxido de amonio a la mezcla de color marrón rojizo para precipitar las especies de oxohidróxido de hierro. Filtrar la mezcla, lavar los sólidos con agua bidestilada y secar a 120 grados centígrados durante 48 horas para aislar los nanotubos de hierro-L-IMO.

Para comenzar la síntesis de nanotubos dopados con hierro, en un ambiente seco, disuelva 0,1 gramos de cloruro de hierro tres hexahidratado en 190 mililitros de una solución de ácido perclórico de 80 milimolares en agua destilada doble por agitación. Prepare una mezcla de ocho mililitros de ATSB y 3,8 mililitros de TEOS utilizando pipetas graduadas. Y luego agregue la mezcla gota a gota a la solución de hierro mientras revuelve.

Verifique que el pH de la mezcla sea cuatro y luego revuelva la mezcla durante 18 horas para obtener una mezcla de color marrón rojizo. Agregue 1,3 litros de agua destilada doble a la mezcla y revuelva durante una hora. A continuación, vierta la mezcla en un reactor de autoclave de PTFE.

Cierre el reactor y caliente la mezcla en un horno a 100 grados centígrados durante cuatro días. Recoja los sólidos, lávelos con agua destilada doble y séquelos a 50 grados centígrados durante la noche para aislar los nanotubos de hierro 0,70 IMO. En un matraz aforado, preparar 200 mililitros de solución de 0,67 milimolares de ácido naranja siete en agua bidestilada.

El pH final de la solución debe ser de 6,8. Llene una cubeta y adquiera un espectro de transmisión UV-Vis de la solución de tinte como referencia inicial. Determine la intensidad de la banda de 484 nanómetros correspondiente al autómero de hidrazona del naranja ácido siete.

Para cada muestra, coloque 50 mililitros de solución de tinte en 50 miligramos de nanotubos aislados en una botella oscura y comience a agitar la mezcla. Después de cinco minutos, prepare un tubo y centrifugue cinco mililitros de la mezcla a 835 veces G durante tres minutos. Decantar el sobrenadante y determinar la intensidad de la banda de 484 nanómetros.

Deje la muestra agitada durante tres días, centrifugando y analizando partes de la muestra en tiempos establecidos. Controle la intensidad de la banda de 484 nanómetros para determinar la cantidad de tinte adsorbido en los nanotubos a lo largo del tiempo. La espectroscopia UV-Vis de reflectantes difusos indica la sustitución isomórfica del hierro tres más por el aluminio octaédrico tres más en todos los NT dopados con hierro.

La carga post-síntesis favorece la formación de grupos de oxohidróxido de hierro, aunque los grupos también se observan en NTs sintetizados con mayor contenido de hierro. El comportamiento de la carga superficial de los NT dopados con hierro es similar al de los NT IMO no dopados, sin embargo, la capacidad de eliminar un colorante aniónico de la solución de pH 6.8 varía. El comportamiento de meseta en los NT de hierro 1,4 y 0,7 de hierro se atribuye a la formación de aductos de colorante de hierro.

Las diferencias en el área de superficie y el volumen indican que la carga posterior a la síntesis afecta principalmente a la superficie exterior del NT. Por lo tanto, se supone que los grupos de oxohidróxido ocupan una gran proporción de la superficie NT de hierro-L. Limitar la superficie disponible para el tinte voluminoso.

Se cree que los grupos de oxohidróxido de hierro reducen la banda prohibida de la IMO, lo que concuerda con los NT de hierro-L que tienen la banda prohibida más pequeña. Pero la transición d a d de los clústeres puede dificultar la determinación de la banda prohibida.

Al intentar este procedimiento, es importante utilizar un entorno libre de humedad cuando se trabaje con ATSB. Mediante el uso de un entorno seco, es posible medir el precursor de silicio y aluminio con pipeta graduada evitando la hidrólisis de ATSB. Siguiendo este procedimiento, se puede investigar el comportamiento asociado de otros compuestos para responder preguntas adicionales sobre su actividad de los nanotubos dopados con hierro, como la actividad fotocatalítica hacia los contaminantes orgánicos en el agua.

El desarrollo de la técnica de carga post-síntesis abre la posibilidad de explorar la sustitución de cationes similares por aluminio en la superficie exterior de imogolita mediante un intercambio iónico simple. Después de ver este video, debería comprender cómo sintetizar y evaluar nanotubos dopados con hierro con hierro reactivo en tres sitios coordinados en una superficie.