Synthèse et caractérisation de Fe dopé Aluminosilicate Nanotubes aux propriétés conductrices améliorées Electron

L’objectif global de cette procédure est de synthétiser des nanotubes d’aluminosilicate dopés au fer de type imogolite avec des propriétés de texture et de surface définies et une bande interdite réduite par rapport à l’imogolite proprement dite. Cette méthode permet de préparer des nanotubes dopés au fer avec une teneur maximale en fer de 1,4 % en poids, soit par synthèse directe, soit par charge post-synthèse. Le principal avantage du dopage post-synthèse est la simplicité de la procédure.

Comme le dopage se produit par échange ionique d’aluminium dans la surface extérieure des nanotubes préformés. Une conséquence importante du dopage au fer est que la bande interdite de l’imogolite est abaissée de 4,9 à 2,8 à 2,4 électronvolts, ce qui est particulièrement pertinent pour les applications photocatalytiques et semi-conductrices. Le fer de surface sur trois côtés forme des conduits avec des colorants azoïques anioniques, qui peuvent être utilisés pour étudier les interactions électrostatiques et ligands à la surface des nanotubes.

Cette démonstration de cette méthode est essentielle car la formation des nanotubes dépend strictement de l’utilisation des conditions de synthèse appropriées. Pour commencer la synthèse de nanotubes, dans un environnement sec, placez 187,7 millilitres d’eau double distillée dans un bécher de deux litres. Ajoutez 1,3 millilitre d’acide perchlorique à 70 % pour obtenir une solution de 80 millimolaires et placez le mélange sur une plaque à mélanger.

À l’aide d’une pipette graduée, placez huit millilitres de tri-sec-butoxyde d’aluminium dans un petit bécher. Ajoutez 3,8 millilitres d’orthosilicate de tétraéthyle à l’aide d’une autre pipette graduée et remuez doucement jusqu’à ce que le mélange soit clair et incolore. Un léger excès de TEOS, par rapport au rapport stœchiométrie silicium/aluminium, doit être utilisé pour éviter la formation préférentielle d’autres phases.

Ajouter le mélange ATSB TEOS, goutte à goutte dans la solution d’acide perchlorique tout en remuant. Continuez à remuer pendant 18 heures pour obtenir un mélange transparent. Ajoutez 1,3 litre d’eau distillée double au mélange d’agitation.

Continuez à remuer pendant 20 minutes. Placez le mélange dilué dans un réacteur autoclave en PTFE à paroi épaisse et chauffez-le à 100 degrés Celsius pendant quatre jours pour polymériser le mélange. La dilution du mélange réactionnel est critique car la condensation de l’acide orthosilicique entrave la formation de nanotubes.

La température optimale doit se situer entre 95 et 100 degrés. La diminution de la température diminue la formation de nanotubes, tandis que l’augmentation de la température forme des impuretés. Après chauffage, récupérez les nanotubes dans un filtre de 0,02 micron.

Lavez les nanotubes avec de l’eau distillée deux fois et observez le solide filtré. Faites sécher les nanotubes dans un four à 50 degrés Celsius pendant une journée pour obtenir des nanotubes d’imogolite sous forme de poudre blanche. Pour commencer le chargement post-synthèse, dispersez 0,25 gramme de nanotubes IMO dans 15 millilitres d’eau distillée doublement.

Ajoutez 0,025 gramme de fer trois chlorure hexahydraté et remuez le mélange pendant 18 heures. Ajoutez ensuite trois millilitres d’eau et 1,5 millilitre d’hydroxyde d’ammonium au mélange brun rougeâtre pour précipiter les espèces d’oxo-hydroxyde de fer. Filtrez le mélange, lavez les solides avec de l’eau distillée deux fois et séchez-les à 120 degrés Celsius pendant 48 heures pour isoler les nanotubes de fer-L-IMO.

Pour commencer la synthèse de nanotubes dopés au fer, dans un environnement sec, dissolvez 0,1 gramme de chlorure de fer trois hexahydratés dans 190 millilitres d’une solution d’acide perchlorique de 80 millimolaires dans de l’eau doublement distillée en remuant. Préparez un mélange de huit millilitres d’ATSB et de 3,8 millilitres de TEOS à l’aide de pipettes graduées. Et puis ajoutez le mélange goutte à goutte à la solution de fer tout en remuant.

Vérifiez que le pH du mélange est de quatre, puis remuez le mélange pendant 18 heures pour obtenir un mélange brun rougeâtre. Ajoutez 1,3 litre d’eau double distillée au mélange et remuez pendant une heure. Versez ensuite le mélange dans un réacteur autoclave en PTFE.

Fermez le réacteur et chauffez le mélange dans un four à 100 degrés Celsius pendant quatre jours. Collectez les solides, lavez-les avec de l’eau double distillée et séchez-les à 50 degrés Celsius pendant la nuit pour isoler les nanotubes de fer de 0,70 IMO. Dans une fiole jaugée, préparer 200 millilitres d’une solution d’orange à 7 d’acide millimolaire de 0,67 millimolaire dans de l’eau doublement distillée.

Le pH de la solution finale doit être de 6,8. Remplissez une cuvette et acquérez un spectre UV-Vis de transmission de la solution de colorant comme référence de départ. Déterminez l’intensité de la bande de 484 nanomètres correspondant au tautomère d’hydrazone de l’orange acide sept.

Pour chaque échantillon, placez 50 millilitres de solution de colorant dans 50 milligrammes de nanotubes isolés dans une bouteille sombre et commencez à remuer le mélange. Après cinq minutes, préparez un tube et centrifugez cinq millilitres du mélange à 835 fois G pendant trois minutes. Décantez le surnageant et déterminez l’intensité de la bande de 484 nanomètres.

Laissez l’échantillon remuer pendant trois jours, en centrifugeant et en analysant des parties de l’échantillon à des moments définis. Surveillez l’intensité de la bande de 484 nanomètres pour déterminer la quantité de colorant adsorbée dans les nanotubes au fil du temps. La spectroscopie UV-Vis à réflecteurs diffus indique la substitution isomorphe du fer trois plus à l’aluminium octaédrique trois plus dans tous les NT dopés au fer.

La charge post-synthèse favorise la formation d’amas d’oxo-hydroxyde de fer, bien que les amas soient également observés dans les NT synthétisés avec une teneur en fer plus élevée. Le comportement de charge de surface des NT dopés au fer est similaire à celui des NT IMO non dopés, cependant, la capacité d’éliminer un colorant anionique d’une solution de pH 6,8 varie. Le comportement de plateau dans les NT de fer 1,4 et de fer 0,7 est attribué à la formation d’adduits de colorant de fer.

Les différences de surface et de volume indiquent que la charge post-synthèse affecte principalement la surface externe du NT. On présume donc que les amas d’oxo-hydroxyde occupent une grande partie de la surface du fer L NT. Limitation de la surface disponible pour le colorant encombrant.

On pense que les amas d’oxo-hydroxyde de fer réduisent la bande interdite d’IMO, ce qui est en accord avec les NT de fer-L ayant la plus petite bande interdite. Mais la transition d à d des grappes peut rendre la détermination de la bande interdite plus difficile.

Lors de cette procédure, il est important d’utiliser un environnement exempt d’humidité lorsque vous travaillez avec ATSB. En utilisant un environnement sec, il est possible de mesurer le précurseur de silicium et d’aluminium avec une pipette graduée tout en évitant l’hydrolyse de l’ATSB. À la suite de cette procédure, le comportement associé à d’autres composés peut être étudié pour répondre à des questions supplémentaires sur leur activité des nanotubes dopés au fer, comme l’activité photocatalytique vis-à-vis des polluants organiques dans l’eau.

Le développement de la technique de chargement post-synthèse ouvre la possibilité d’explorer la substitution de cations similaires à l’aluminium à la surface externe de l’imogolite par simple échange ionique. Après avoir regardé cette vidéo, vous devriez comprendre comment synthétiser et évaluer des nanotubes dopés au fer avec du fer réactif, trois sites coordonnés sur une surface.