Name: אופן ההכנה ושימוש בPhotocatalytically פעיל מקוטע Ag ZnO וקואקסיאלי טיו 2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2014-05-02T15:00:00.000+00:00
Duration: 12 min 47 s
Description: למד כיצד להכין ננו-חוטים מקוטעים מכסף ואבץ-אוקסיד באמצעות שיטת ההשקעה האלקטרוליטית בתבנית. השיטה מאפשרת ייצור קטליטי של מימן באמצעות קרינת UV.

ai_agent_IP

ai_agent

maintenance

instantTrialDurationMinutes

isBiopharma

enableNewMyJoveSectionDesign

educationFeatures

seoMetaApi

ai_copilot_institution_blacklist

ai_chat_institution_blacklist

freeAccessWindow

ssoRoleCapture

scheduledMaintenanceBanner

joveLabsFeatures

disable_autoplay_for_bots

extended_trial_duration

5 minutes

תמיכה כספית מחטיבת מדעי הכימיה של ארגון הולנד למחקר מדעי (NWO-CW) במסגרת תכנית TOP הוא הודה.

המפולח Ag | גיבוש ZnO Nanowire בממברנות PCTE 1. PCTE ממברנה הכנה לTemplated Electrodeposition <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר קרום פוליקרבונט חרוט מסלול עם קוטר חיצוני נקבובית של 200 ננומטר ועובי של 6 (איור 2 א) מיקרומטר. הקוטר של הקרום המשמש כאן הוא 25 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גמגום שכבת זהב בישבן של הקרום (איור 2b). במקרה זה, לחץ בתצהיר של 2 x 10 -2 mbar היה בשימוש עם Ar כמקרטע גז. השתמש בתצהיר שיעור איטי של ~ 13 ננומטר / דקה. הערה: שכבת Au זה תשמש כמגע חשמלי במהלך electrodeposition. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש קלטת דו צדדית דביקה לצרף שקופיות זכוכית קטנות (1.4 x 2.1 סנטימטר) על גבי הצד מצופה הזהב של הממברנה. לשם כך, לשים ארבע רצועות קטנות של קלטת דו צדדית בשולי שקופיות הזכוכית (איור 2 ג). הערה: ודא שהקרום הוא חלק ככל האפשר, ללא כלקפלים או קמטים. שקופיות זכוכית זו משמשת כדי להבטיח electrodeposition סלקטיבית בתוך נקבוביות הקרום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> היצמד פיסה קטנה של סרט נחושת על החלק של הקרום שבולט מן שקופיות הזכוכית ליציבות מכאנית. מאז סרט נחושת מנהלת, קליפ התנין של האלקטרודה עובדת יכול להיות מחובר לסרט נחושת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במידת צורך, לשפר את ההידבקות של הקרום לשקופית הזכוכית על ידי הצבת סרט טפלון מסביב לקצוות. הערה: לקבלת תצהירים בטמפרטורת חדר ההידבקות של קלטת דו צדדית היא בדרך כלל חזקה מספיק, אבל בטמפרטורות גבוהות מומלץ להשתמש בסרט טפלון גם כן. </li></ol> . 2 Electrodeposition של Ag | ZnO Nanowires <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה של מגזר Ag <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תמיסה מימית המכילה 0.20 M אגנו 3 (1.70 גרם לכל 50 מיליליטר) ו0.10 MH 3 BO 3 (0.31 גרם לכל 50 מיליליטר). התאם את ה-pH ל 1.5 באמצעות HNO 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים מוכןקרום יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודת התייחסות Ag / AgCl (3 M KCl) בפתרון כמו שהוכן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל פוטנציאל של +0.10 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl ל30 שניות (2d ומספרים 2 ה). הערה: למרות שכל תוכנת potentiostat תהיה שונה, צריכה את כל תוכניות קווי קלט כמו &quot;להגדיר פוטנציאלי&quot; ו &quot;משך&quot;, שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה אנא עיינו במדריך לpotentiostat וכלל תוכנה לקבלת פרטים נוספים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את האלקטרודות מהפתרון ולשטוף אותם עם מים מילי-Q. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה של מגזר ZnO <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תמיסה מימית המכילה 0.10 M Zn (NO 3) 2 · 6 שעות 2 O (g 1.49 ל50 מיליליטר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים את הפתרון ל60 מעלות צלזיוס באמצעות אמבט מים, ולשים את הקרום המכיל את קטע Ag יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודת התייחסות Ag / AgCl בפתרון המחומם. </li><li&lt;החלת פוטנציאל של -1.00 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl עבור 20 דקות (2d ומספרים 2 ה). הערה: למרות שכל תכנית potentiostat תהיה שונה, כולם צריך להיות קווי קלט כמו &quot;להגדיר פוטנציאלי&quot; ו &quot;משך&quot;, שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה אנא עיינו במדריך לpotentiostat וכלול בתוכנה לקבלת פרטים נוספים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את האלקטרודות מהפתרון ולשטוף אותם עם מים מילי-Q. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על 4x בהליך זה כדי להשיג מספיק nanowires לאות משמעותית מהחיישן H 2. </li></ol> 3. הפקת Nanowires והעברה לתמיסה מימית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים את הקרום המכיל את nanowires משקופיות הזכוכית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העבר את החלק הזה של הקרום לצינור צנטריפוגות פוליפרופילן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף ~ 2 מיליליטר של CH 2 Cl 2 לפזר את קרום PCTE ולשחרר את nanowires לתוך התמיסה. לאחר ~ 30 דקות, הקרוםצריך להיות מומס לחלוטין (2f דמויות ו2G). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל טיפה קטנה של פתרון CH 2 Cl 2 המכיל nanowires על Si רקיק קטן לניתוח SEM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צנטריפוגה הפתרון שהושג ב ~ 19,000 XG במשך 5 דקות, להסיר את עודפי CH 2 Cl 2, ולהוסיף CH הטרי 2 Cl 2. חזור על התהליך לפחות פי 3 כדי לוודא שכל פוליקרבונט הוסר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי הכל פוליקרבונט הוסר, להוסיף מים מילי-Q לnanowires לאחר הסרת עודפי CH 2 Cl 2. חזור צנטריפוגה 3x לפחות שוב כדי להחליף לחלוטין את כל CH 2 Cl 2 במים מילי-Q. </li></ol> גיבוש קואקסיאלי Tio 2-AG Nanowire בממברנות AAO 4. AAO ממברנה הכנה לTemplated Electrodeposition <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את קרום AAO עם גודל נקבובית של 200 ננומטר ועובי של 60 מיקרומטר ( <sטרונג&gt; איור 2 א). הקוטר של הקרום המשמש כאן הוא 13 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גמגום שכבת זהב על הישבן של הקרום (איור 2b). במקרה זה לחץ תצהיר של 2 x 10 -2 mbar היה בשימוש עם Ar כמקרטע גז. השתמש בתצהיר שיעור איטי של ~ 13 ננומטר / דקה. הערה: שכבת Au זה תשמש כמגע חשמלי במהלך electrodeposition. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף את קרומי AAO לשקופיות זכוכית מצופים-Au בתצורה כמו באיור 2H באמצעות קלטת טפלון. הערה: כדי להבטיח electrodeposition סלקטיבית בתוך נקבוביות הקרום, קרום AAO צריך להיות מצורף לשקופית זכוכית קטנה בתצורה שונה מקרומי PCTE, כי קרומי AAO הם שבירים מדי עבור חיבור עם קליפ תנין. כאשר שקופיות זכוכית של 3.0 x 2.5 סנטימטר משמשת, ניתן להשתמש בשני קרומים בבת אחת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים פיסה קטנה של סרט נחושת בחלק Au המצופה של שקופיות הזכוכית לטיפול קל בעת חיבור אלקטרוdes. </li></ol> 5. אלקטרוכימי הפקדת של nanowires 2-AG טיו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת ג&#39;ל Tio 2 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תמיסה מימית המכילה 0.02 M TiOSO 4 (0.16 גרם לכל 50 מיליליטר), 0.03 MH 2 O 2 (0.13 מיליליטר ל50 מיליליטר), 0.05 M HNO 3 (0.15 מיליליטר ל50 מיליליטר), ו0.25 M kno 3 (ז 1.26 ל50 מיליליטר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את הקרום מוכן יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודה השוואתי Ag / AgCl (3 M KCl) בפתרון כמו שהוכן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל פוטנציאל של -1.0 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl ל3.5 שעה (2d דמויות ו2E). הערה: למרות שכל תוכנת potentiostat תהיה שונה, צריכה את כל תוכניות קווי קלט כמו &quot;להגדיר פוטנציאלי&quot; ו &quot;משך&quot;, שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה אנא עיינו במדריך לpotentiostat וכלל תוכנה לקבלת פרטים נוספים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את האלקטרודות מהפתרון ואין לשטוףהממברנה עם מים מילי-Q, כי ג&#39;ל Tio 2 הוא עדיין מסיס במים. ניתן לשטוף אלקטרודות האחרות עם מים מילי-Q. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה של nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תרמית לחשל את הקרומים עם הג&#39;ל Tio 2 בתנור ב 650 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות באוויר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר מחדש את הקרום לשקופית זכוכית מצופה זהב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תמיסה מימית המכילה 0.20 M אגנו 3 (1.70 גרם לכל 50 מיליליטר) ו0.10 MH 3 BO 3 (0.31 גרם לכל 50 מיליליטר). התאם את ה-pH ל 1.5 באמצעות HNO 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את הקרום מוכן יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודה השוואתי Ag / AgCl (3 M KCl) בפתרון כמו שהוכן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל פוטנציאל של +0.10 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl ל1.5 דקות (2d ומספרים 2 ה). הערה: למרות שכל תוכנת potentiostat תהיה שונה, צריכה את כל תוכניות קווי קלט כמו שורר להגדיר &quot;משך ntial &quot;ו&quot; &quot;, שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה אנא עיינו במדריך לpotentiostat וכלול בתוכנה לקבלת פרטים נוספים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את האלקטרודות מהפתרון ולשטוף אותם עם מים מילי-Q. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה של חלקיקי Ag התאגדו בTio 2 צינורות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים את הקרומים עם לילה ג&#39;ל Tio 2 ב100 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תמיסה מימית המכילה 0.20 M אגנו 3 (1.70 גרם לכל 50 מיליליטר) ו0.10 MH 3 BO 3 (0.31 גרם לכל 50 מיליליטר). התאם את ה-pH ל 1.5 באמצעות HNO 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את הקרום מוכן יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודה השוואתי Ag / AgCl (3 M KCl) בפתרון כמו שהוכן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל פוטנציאל של +0.10 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl ל1.5 דקות (2d ומספרים 2 ה). הערה: למרות שכל תוכנת potentiostat תהיה שונה, כל התוכניות צריכה קווי קלט אוהבים &quot;להגדיר את פוטנציאל &quot;ו&quot; משך &quot;, שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה נא עיינו במדריך לpotentiostat וכלל תוכנה לקבלת פרטים נוספים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את האלקטרודות מהפתרון ולשטוף אותם עם מים מילי-Q. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על תהליך זה כדי לקבל לפחות 10 קרומים מלאים בnanowires / צינורות להשיג מספיק חומר לאות משמעותית מחיישן H 2. </li></ol> 6. הפקה של צינורות ו nanowires <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים את הקרום המכיל את צינורות או nanowires משקופיות הזכוכית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העבר את החלק הזה של הקרום לתוך צינור צנטריפוגות פוליפרופילן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף ~ 2 מיליליטר של תמיסה מימית המכילה 1.0 M NaOH לפזר את קרום AAO ולשחרר את צינורות או nanowires לתוך התמיסה. לאחר ~ 2 שעות, הקרום צריך להיות מומס לחלוטין (2f דמויות ו2G). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צנטריפוגה הפתרון שהושג ב ~ 19,000 XG במשך 5 ק&quot;מn, להסיר את פתרון NaOH מוגזם, ולהוסיף מים מילי-Q טריים. חזור על התהליך לפחות פי 3 כדי לוודא שכל NaOH הוסר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי הכל NaOH הוסר, ההשעיה המימית יכולה לשמש לH 2 ניסויי היווצרות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחלופין, להוסיף CH 2 Cl 2 או אחר ממס נדיף לצינורות וnanowires לאחר ההסרה של עודפי מים להדמיה של צינורות או nanowires מוכנים עם SEM. חזור צנטריפוגה לפחות פי 3 כדי להחליף את כל המים לחלוטין על ידי הממס תנודתי. להפקיד טיפה קטנה של התמיסה המכילה צינורות או nanowires גבי סי רקיק קטן. </li></ol> H 2 ניסויי גיבוש 7. הכנת חיישן המימן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את חיישן מבוסס מימן-PD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את החיישן בתוך התוספת NS שמתאימה על גבי שפופרת קוורץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את החיישן לגשר ויטסטון סטנדרטי כפי שמודגםבאיור 3. </li></ol> 8. גיבוש מימן Photocatalytic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את פתרון nanowire המימית בתוך שפופרת קוורץ 72 מיליליטר. להוסיף עוד מים עד סך של 10 מיליליטר מים בתוך צינור קוורץ. לאחר מכן להוסיף 40 מתנול מיליליטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתחיל להקליט את האות מ H 2 החיישן מבוסס Pd לפני הצבתו על החלק העליון של צינור קוורץ ולפקח על הווריאציה באות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר ~ 200 שניות של אות יציבה, לשים את חיישן H 2 בחלק העליון של צינור קוורץ ובמקביל להפוך למקור אור UV כדי להתחיל את המדידה בפועל. הערה: בניסויים אלה, מקור UV הוצבה כ 10-15 סנטימטר מן המדגם. </li></ol>

המחברים מצהירים שאין להם אינטרסים פיננסיים מתחרים.
המחבר, אדי ג'יי בי רודיק הוא כיום עובד של Twente Solid State Technology B.V., הולנד.
המחבר, מיכאל ג. מאס הוא כיום עובד של Henkel AG & Co. KGaA, גרמניה.

חשוב מאוד בelectrodeposition בתבניות של nanowires הוא בידוד של הצד האחורי של האלקטרודה הזהב גמגמה בחלק העליון של הקרום. ללא בידוד, החומר הייתי מעדיף להפקיד על משטח הזהב בצד האחורי של הקרום במקום בתוך הנקבוביות. סיבה לכך הוא דיפוזיה של יונים לאלקטרודה שטוחה היא הרבה יותר מהר מאשר דיפוזיה לתוך הנקבוביות בממברנה. חסרון נוסף של תצהיר בשני הצדדים של האלקטרודה הזהב הוא שהעקומה הוא השיג לא יכול להיות קשור לכמות והאורך של nanowires המופקד. באיור 4, ניתן לזהות מספר שלבים בתצהיר של מגזר Ag (א) או ליבת Ag (ב). השלב הראשון של כל ניסוי electrodeposition טעינה של השכבה הכפולה החשמלית, אשר מלווה בעלייה פתאומית בזרם שיורדת לאט כשכבה הכפולה החשמלית מגיעה לשיווי המשקל שלה. כמו פו קרום PCTEיש לי מיל מWhatman סיגרים צורה, העליות הנוכחיות ובשלב השני כאת שטח הפנים של עליות בתצהיר, שהובילו להדחתו של חומר נוסף באותו הזמן, ואספקה ​​מהירה יותר של מגיבים שכן פני השטח של nanowire מתקרב כניסה של הנקבוביות בממברנה. בשלב השלישי, השינוי בשטח הוא מינימאלי, מה שמוביל למדרון קטן יותר של זרם גובר שכן רק את ההשפעה של אספקה ​​מגיב מהר יותר גלוי בשלב זה. אנא שים לב כי במקרה של הפקדת nanowires המפולח המכיל גם מתכת וקטע תחמוצת, סדר electrodeposition בתוך הנקבוביות צריך להיקבע על ידי לקיחה את המסיסות של השלבים שהופקדו בפתרונו של זה באופן מפורש בחשבון. במקרה זה, מגזר Ag הופקד לפני קטע ZnO כמו ZnO הייתי מתמוסס באגנו 3 התמיסה חומצית. במקרה של טביעה nanowire מפולח המכיל מתכת אצילה ופחות noble אחד, למשל Pt וניקל, תגובת החלפת גלווני של Ni ידי Pt צריך להילקח בחשבון. תגובת החלפת גלווני זה ניתן לדכא באמצעות overpotential גדול יותר כפי שפורט בפרסום קודם 54. הבחירה או באמצעות PCTE או קרומי AAO לnanowire או סינתזת Nanotube מבוססת בדרך כלל על האם או לא צעד חישול תרמית הוא רצוי לחומר של בחירה. ללא הצורך בצעד חישול, קרומי PCTE קלים יותר לטפל וניתן להשיג ממברנות טובות יחסית מבחינה מסחרית. לחישול בטמפרטורה גבוהה, נדרש השימוש בממברנות AAO. קרומים אלו אינם גמישים כמו קרומי פוליקרבונט והם מאוד שבירים. כמה ממברנות AAO מסחריות זמינות, אבל את האיכות של קרום תוצרת בית AAO באמצעות anodization 2 שלבים היא הרבה יותר טובה. לשם כך, כמה מתכונים זמינים 55,56. H מבוסס-PD 2 </sub&gt; חיישן השתמש במחקר זה הוא שיטה קלה וזולה יחסית לקביעה אם H 2 יצר או לא. למרבה הצער, זה לא מתאים למדידות כמותיות בשל הרגישות הצולבת ממסים נדיפים כמו מתנול, חוסר היכולת המהותית לזהות H המומס 2 בפתרון מתנול / מים, והתגובה שאינו ליניארי שלה כפי שניתן לראות בצורת עקומות באיור 8. מדידות כמותיות ניתן לבצעו בהתקנה עם כניסת GC מחוברת למרחב הראש מעל את תערובת מתנול / מים, שהוא ציוד מיוחד שאינו זמין בכל מעבדה. H היווצרות 2 באמצעות Ag | nanowires ZnO חדל בדרך כלל לאחר ~ 48 שעות של תאורת UV כפי שמעיד היווצרות בועת הגז הופסקה. הסיבה לירידה בפעילות היא photocorrosion של ZnO על פי התגובה 57-60 הבא: ZnO + 2H + → Zn 2 + +1/2 O 2 (8) תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של Ag photocorroded |. Nanowires ZnO מוצג באיור 9 ניתן לראות החל מנתון זה, את פני השטח של מגזר ZnO הפכו הרבה יותר קשוחות יותר על תאורת UV בהשוואה לחוטים כ- מסונתזים של איור 5 כאשר מתלים אחר. קבוצה של Ag | nanowires ZnO באותו הפתרון בחושך במשך 48 שעה, אין סימן של קורוזיה נמצאה. זה אישר כי קורוזיה שנצפתה אכן נבעה מphotocorrosion ולא מקורוזיה אלקטרוליטי. בספרות, במספר שיטות כבר דיווחו על עיכוב של photocorrosion ZnO, כוללים הכלאה של חלקיקי ZnO עם monolayer של polyaniline או C 60 והשתלה של nanorods ZnO על Tio 2 צינורות 59,61,62. electrodeposition Templated של nanowires axially או רדיאלית המפולח הוא פלטפורמה מושלמת לתצהיר של n multisegmentedanowires כי הם מסוגלים לבצע יותר מאשר פונקציה אחת בו זמנית, שבי Ag | ניתן ליישם מגזרי ZnO כמו אלמנטי הפוטו. בפרסום קודם, תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורקת של nanowire יחיד המכיל שישה קטעים הוצגה: Pt | Au | Pt | ניקל | Ag | ZnO. כגון nanowire יכול לשמש לתנועה אוטונומית (Pt | Au | Pt), היגוי מגנטי (Ni) והפוטו H 2 היווצרות (Ag | ZnO) 53. לסיכום, פרוטוקול פשוט לסינתזה של Ag המפולח | nanowires ZnO וnanowires Tio 2-AG קואקסיאליים ידי electrodeposition בתבניות מסופקים. שיטה חצי כמותית כדי לקבוע את פעילות photocatalytic של nanowires כגון הודגמה באמצעות המרת photocatalytic של מתנול ומים לתוך H 2 ו-CO 2 תחת תאורת UV. זה שחזה כי nanowires מתכת תחמוצת המתכת אלה יכולים לשמש בnanowires רב תכליתי ומכשירי nanowire אחרים.

בשל ממדיהם הקטנים ויחס שטח בנפח גדול, nanowires הם אובייקטים חד ממדיים מאוד מבטיחים, שניתן להשתמש במגוון רחב של יישומים ביו וnanotechnological 1. בספרות, nanowires רבים המכיל רכיב אחד עם מאפיינים פונקציונליים דווח 2-7. אבל כאשר חומרים מרובים (מתכות, פולימרים ותחמוצות מתכת) משולבים ברצף בתוך nanowire יחיד, יכול להתבצע nanowires רב תכליתי 8, 9. כאשר כמה מגזרים מחוברים בתוך nanowire יחיד, מאפיינים פונקציונליים עשויים להיראות שלא היו קיימים כאשר רק קטעים הבודדים היו בשימוש. לדוגמא, nanomotors מכיל קטעי Au וPt בתוך nanowire בודד דווחו שעבר באופן עצמאי כאשר הוא ממוקם במי חמצן 4. טכניקות מתאימות להיווצרות של nanowires multisegmented הן חדירה וelectrodeposition בתבניות &lt;sup&gt; 8, 9. ב1987, פנר ומרטין היו הראשון לפרסם את השימוש בelectrodeposition בתבניות ליצירת nanowires Au בקרומי פוליקרבונט 10. מאז, חוקרים רבים אחרים החלו להשתמש בתבניות electrodeposition לסינתזה של nanowires עם ממדים שונים, תוך שימוש בממברנות פוליקרבונט חרוט מסלול (PCTE) או תחמוצת אלומיניום קרומים (AAO) ותבניות 11. היתרונות של שימוש בתבניות electrodeposition לסינתזת nanowire הם הטבע החסכוני כelectrodeposition מבוצע בדרך כלל בתנאים קלים, האפשרות ליצירת nanowires משני מתכות, תחמוצות מתכת ו / או פולימרים, והיכולת שלה ליצור העתק מדויק של שלילי התבנית משמשת 11. יתר על כן, יכול להיווצר nanowires המפולח על ידי בתצהיר רציף של שניים או יותר שלבים שונים, וכאשר Nanotube של אחד משני השלבים יכוללהתבצע על ידי electrodeposition בתבניות, nanowires קואקסיאליים המכיל שני שלבים שונים יכול להתבצע. ניתן electrodeposited תחמוצות מתכת כאשר יוני מתכת בהתאמה הם לא מסיסים בתמיסות מימיות ב-pH הגבוה. לחמצן יש צורך, ניתן להשתמש בו שלושה מבשרים שונים, יונים כלומר ניטראט 12-15, מימן פרוקסיד 13, 16, 17, וחמצן מולקולרי 18. עם השימוש ביונים חנקה, כמו בפרוטוקול זה, יישום של פוטנציאל שלילי יותר -0.9 V לעומת Ag / AgCl מוביל לחומציות מוגברת באופן מקומי על ידי הפחתה של ניטראט על הקתודה 19, 20: NO 3 - + H 2 O + 2e - → NO 2 - + 2OH -. (1) כאשר תמיסת אלקטרוליט מחוממת ל60-90 ° C, nanowires ZnO יהווה מצין זירזהידרוקסיד ג: Zn 2 + + 2OH - → ZnO + H 2 O. (2) על פי בקשה של פוטנציאל האלקטרודה עובדת, אשר ממוקמת בתחתית הנקבובית בelectrodeposition בתבניות, את ה-pH בתוך הנקבובית היא באופן מקומי מוגברת וכתוצאה מכך היווצרות nanowire המקומית. מאז ZnO הוא מוליכים למחצה מסוג n, תגובות (1) ו (2) יכולות להמשיך בממשק ZnO / אלקטרוליט, וכתוצאה מכך היווצרות של גבישים וnanowire הצפוף ZnO 21, 22. מספר שיטות קיימות לסינתזה של 2 צינורות טיו, אבל להקמת מבנה הקואקסיאלי באמצעות תהליך electrodeposition רציף, שיטת סול ג המושרית אלקטרוכימי היא מתאימה ביותר. שיטה זו לelectrodeposition קתודית של 2 סרטי TIO הוצגה לראשונה על ידי נטריגין et al. ב1996 23. והייתה further משופר על ידי Karuppuchamy et al. ב2001 19, 24. באמצעות שיטה זו, אבקת oxysulfate טיטניום (TiOSO 4) היא מומס בתמיסה מימית של מי חמצן (H 2 O 2) על הקמתה של peroxotitanate מורכב (טי (O 2) SO 4): TiOSO 4 + H 2 O 2 → טי (O 2) SO 4 + H 2 O. (3) על פוטנציאל שלילי יותר -0.9 V לעומת Ag / AgCl, pH על פני השטח האלקטרודה הוא גדל על ידי הפחתה של ניטראט (תגובה (1)), ויוצר ג&#39;ל טיטניום הידרוקסיד 19, 20: טי (O 2) SO 4 + 2OH -. + (X +1) H 2 O טיו (OH) 2 → XH 2 O + H 2 O 2 + SO 4 2 -. (4) Natarajan et al. ניתוח תרמי ההפרש משמש כדי למצוא מים, כי הוא הוצא מג&#39;ל סביב 283 מעלות צלזיוס במהלך חישול תרמית, מה שגורם להיווצרות של Tio 2 שלב אמורפי 23. לסרט מישוריים, התגבשות לשלב anatase מתרחשת כאשר הטמפרטורה עולה מעל 365 ° C 23, 25, תוך התגבשות מתרחשת בטמפרטורה שבין 525 ו550 מעלות צלזיוס כאשר תבנית AAO משמשת 25. טיו (OH) 2 · XH 2 O → Tio 2 + (x +1) H 2 O. (5) הקוטר הנקבובית של תבנית AAO משמשת קובע אם nanowire מוצק או Nanotube הפתוח יוקמו. בתצהיר בתבנית בקוטר נקבובית קטן תוצאות (~ 50 ננומטר) בהיווצרות nanowire 20, 26, תוך יישום באותה השיטה בתוך נקבובית עם קוטר גדול יותר (~ 200 ננומטר) תוצאות בהיווצרות Nanotube 25. סיבה לכך הוא קריסת ג&#39;ל יכולה להתקיים עם ההסרה של עודפי מים. בתחילת 1970s, פוג&#39;ישימה והונדה היו הראשון לפרסם את מערכת לפיצול מים ישיר תחת אור UV, שבוצע על ידי אלקטרודה רוטיל מצמידים את אלקטרודת פלטינה 27, 28. מאז, למעלה מ 130 חומרים מוליכים למחצה זוהו כphotocatalysts 29-31. מבין אלה, טיטניום דיאוקסיד 32-36, תחמוצת אבץ 37-40, ותחמוצת ברזל 41, 42 הם בין החומרים הנחקרים ביותר באופן אינטנסיבי. יחס שטח לנפח של חומרים אלה ניתן להגדיל באופן דרסטי כאשר חלקיקים או nanowires משמשים, מה שמוביל ליעילות משופרת photocatalytic 29, 30, 43-49. לבנייה של Ag photocatalytic | nanowires ZnO, ZnO, שהוא n-typ photoactiveמוליכים למחצה בדואר, היה קשור עם Ag באמצעות electrodeposition הרציף בתוך אותה התבנית 50. בתוך nanowire אחד כזה, שphotoanode ZnO וקתודת Ag הם מצמידים ישירות ללא הצורך של מעגל חיצוני המחבר את האלקטרודות, שהנו בניגוד למצב בתאי פוטו ואלקטרוכימיים קונבנציונליים. זה מפשט את ארכיטקטורת מכשיר משמעותי ומגביר את היעילות על ידי הפחתה של הפסדי Ohmic במערכת. מגזרי ZnO וAg היו מצמידים מאז הזיקה האלקטרונית של ZnO (4.35 eV לעומת ואקום) הוא קרוב מאוד לפונקצית העבודה של Ag (4.26 eV לעומת ואקום). זה גורם להיווצרות של מחסום שוטקי בין שני השלבים 51, המאפשר לאלקטרונים נרגשים בפס ההולכה של ZnO לזרום לAg, אך לא להיפך, ולכן אוסר את הסיכוי לרקומבינציה אלקטרון חור 52. שלב wurtzite הפעיל של ZnO יכול להיווצר כבר ב60-90 מעלות צלזיוס, אשר מספקת דרך קלה וחסכונית של nanowהיווצרות זעמם. זאת בניגוד למרבית תחמוצות photoactive האחרות שדורשות צעד חישול ביניים בטמפרטורות גבוהות כאשר נעשה באמצעות electrodeposition קתודית. המרה של מתנול ומים למימן ופחמן דו חמצני הייתה בשימוש כתגובת מודל כדי להדגים את השימוש בnanowire מפולח המכיל מתכת ושלב תחמוצת מתכת לH האוטונומי 2 היווצרות תחת השפעה של אור UV. בניסוי זה, מתנול משמש כנבלות חור שהוא מתחמצן ל-CO 2 במגזר ZnO, בעקבות התגובה נטו CH 3 OH + H 2 O + 6 שעות + → CO 2 + 6 שעות +, (6) שם + h מייצג חור אלקטרון. הפרוטונים נוצרו במגזר ZnO מופחתים לH 2 על פני השטח Ag, בעקבות התגובה 2H + + 2 ה -594; H 2. (7) מכיוון שהאנרגיה הכוללת הדרושה לתגובות (6) ו (7) קטן בהרבה מהפער של להקת ZnO (0.7 ו3.2 eV, בהתאמה), תהליך זה יכול להתקיים ללא הצורך במקור מתח חיצוני. תהליך זה בא לידי ביטוי באופן סכמטי באיור 1. בפרוטוקול זה, הליכי הניסוי של electrodeposition בתבניות ליצירת nanowires המפולח וקואקסיאליים המכיל גם מתכות ומוליכים למחצה שלב מוסברים. הליך להקמת Ag המפולח | nanowires ZnO מתואר, כמו גם את הקמתה של 2 צינורות טיו והמילוי הבא שלהם עם Ag להניב nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים. יתר על כן, פעילות photocatalytic של Ag | nanowires ZnO מודגם על ידי המרת תערובת מתנול / מים לתוך H 2 וגז CO 2 על הקרנה עם אור האולטרה סגול ההעסקה מבוססת-PDחיישן לזיהוי H 2. הדגש של פרוטוקול זה הוא בהכנה ואפיון photocatalytic של שתי תחמוצת מתכת שונה מפולחת | ניתן למצוא מודולים nanowire המתכת, ויותר טיפול ודוגמא של nanowire רב תכליתי לעומק במקומות אחרים 53. ניתן למצוא גם את תגובת פיצול מים שהועסקה באמצעות nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים מקום אחר 25.

<table><tbody><tr><td>כסף חנקתי (AgNO<תת>3)</td><td>Acros Organics</td><td>419351000</td><td>99+%</td></tr> <tr><td>חומצה בורית (H3BO3)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>202878-500G</td><td>99.99%</td></tr> <tr><td>חומצה חנקתית (HNO3)</td><td>Acros Organics</td><td>124660010</td><td>65%</td></tr><tr><td>אבץ חנקתי הקסהידראט (Zn(NO3)2&middot; 6H2O)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>228737-500G</td><td>98%</td></tr> <tr><td>דיכלורומתאן (CH2Cl2)</td><td>Merck (Boom)</td><td>51006050100</td><td>99%</td></tr> <tr><td>טיטניום אוקססולפט (TiOSO4)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>333980-500G</td><td>סינתזה בדרגת</td></tr><tr><td>מי חמצן (H2O2)</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>349887-500 מ"ל</td><td>35%</td></tr> <tr><td>חומצה חנקתית (HNO<תת>3)</td><td>Acros Organics</td><td>124660010</td><td>65%</td></tr> <tr><td>אשלגן חנקתי (KNO3)</td><td>Acros Organics</td><td>P/6040/60></td><td>99%</td></tr> <tr><td>נתרן הידרוקסיד (NaOH)</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>20606-0025</td><td>>98%</td></tr> <tr><td>מתנול (CH3OH)</td><td>Merck</td><td>1060121000</td><td>מיובש &ge; 99.9%</td></tr> <tr><td>ממברנות פוליקרבונט, 200 ננומטר</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>09-300-61</td><td></td></tr><tr><td>ממברנות אנופור AAO, 200 ננומטר</td><td>VWR</td><td>514-0523</td><td></td></tr><tr><td>מערכת מקרטעת</td><td>Perkin-Elmer</td><td>דגם 2400</td><td></td></tr><tr><td>שקופיות זכוכית מיקרוסקופ (Menzel)</td> <td>VWR</td><td>631-0704</td><td></td></tr><tr><td>פוטנציוסטט Autolab עם:</td> <td>Metrohm-Autolab</td><td>PGSTAT 128N</td><td></td></tr><tr><td>- אלקטרודה נגד גיליון Pt</td><td>PT. גיליון</td><td></td><td></td></tr><tr><td>- Ag / AgCl באלקטרודה ייחוס 3 M KCl</td><td>60,733,100</td><td></td><td></td></tr><tr><td>צינורות צנטריפוגה פוליפרופילן Nunc</td><td>פישר סיינטיפיק</td><td>12-565-286C</td><td></td></tr><tr><td>צנטריפוגה</td><td>הרמל</td><td>Z36HK</td><td></td></tr><tr><td>חיישן מימן מבוסס PD</td><td>Kebaili</td><td>KHS-100</td><td></td></tr><tr><td>4x 15 W Hg מנורת מקור UV</td><td>פיליפס</td><td>פיליפס סולריה ביתית מקורית</td><td></td></tr></tbody></table>

אופן ההכנה ושימוש בphotocatalytically פעיל מקוטע ag | zno וקואקסיאלי טיו<sub&gt; 2</sub&gt;-ag nanowires made by templated electrodeposition

Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

ננו Photocatalytically הפעיל דורש שטח מסוים גדול עם נוכחותם של אתרים פעילים catalytically רבים במחצית תגובות חמצון וחיזור, ואלקטרונים במהירות דיפוזיה והפרדת מטען (חור). Nanowires להציג ארכיטקטורות מתאימות כדי לעמוד בדרישות אלה. Axially המפולח Ag | ZnO וnanowires (קואקסיאלי) Tio 2-AG המפולח רדיאלית בקוטר של 200 ננומטר ואורך של 6-20 מיקרומטר נעשו על ידי electrodeposition בתבניות בתוך הנקבוביות של תחמוצת אלומיניום (PCTE) או בציפוי אנודייז חרוט מסלול פוליקרבונט קרומים (AAO), בהתאמה. בניסויים photocatalytic, 2 שלבי ZnO והדוד פעלו כphotoanodes, וAg כקתודה. אין צורך במעגל החיצוני כדי לחבר את שני אלקטרודות, וזה יתרון מרכזי על פני תאי פוטו ואלקטרוכימיים קונבנציונליים. להכנת Ag המפולח | nanowires ZnO, אלקטרוליט מלח Ag הוחלף לאחר היווצרותו של מגזר Ag כדי ליצור קטע ZnOttached למגזר Ag. להכנת nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים, ג&#39;ל Tio 2 הוקם לראשונה על ידי שיטת סול ג המושרית אלקטרוכימי. ייבוש וחישול תרמית של Tio 2 ג&#39;ל הבנוי כגרמו להיווצרות של גבישי Tio 2 צינורות. צעד electrodeposition Ag שלאחר מכן בתוך Tio 2 צינורות הביא להיווצרות של nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים. בשל השילוב של מוליכים למחצה מסוג n (ZnO או Tio 2) ומתכת (Ag) בתוך אותו nanowire, מחסום שוטקי נוצר בממשק שבין השלבים. כדי להדגים את פעילות photocatalytic של nanowires אלה, Ag | nanowires ZnO שימש בניסוי הפוטו בי H 2 גז זוהה על תאורת UV של nanowires המפוזר בתערובת מתנול / מים. אחרי 17 דקות של תאורה, H כ 0.2% כרך 2 גז התגלה מהשעיה של ~ 0.1 גרם של Ag | ZnOnanowires בתמיסה מימית מתנול 50 מיליליטר 80% כרך.

במהלך electrodeposition, ניתן דמיינו הנוכחי שנמדד בין האלקטרודות העבודה ודלפק בעקומה זה. מאז הנוכחי קשור באופן ישיר לכמות חומר שהופקד באמצעות חוק פארדיי, הנוכחי נצפו הוא אינדיקציה חשובה לאופן שהתמורה בתצהיר. עקומות זה אופייני לתצהיר של Ag | nanowires ZnO וTio 2-AG מוצגות באיור 4 תמונות אופייניות SEM של Ag |. nanowires ZnO, 2 צינורות טיו, nanowire Tio 2-AG קואקסיאליים וצינורות Tio 2 / Ag יכול להיות מצא באיור 5 ואיור 6, בהתאמה. תוך שימוש בשיטת סול ג המושרה אלקטרוכימי לתצהיר של ג&#39;ל טיטניה בתוך התבנית וelectrodeposition הרציף של Ag יכול לגרום לשני מבנים שונים בהתאם לטמפרטורה המשמשת לייבוש ג&#39;ל. ייבוש של ג&#39;ל הלילה בשעה 100 תוצאות מעלות צלזיוס בCondensation של ג&#39;ל, ומונע לredissolve במים. מאחר שלא צורה צינורי צפופה טרם נוצרה בטמפרטורה זו, גרעיני Ag מופקדים בתוך הג&#39;ל טיטניה. חישול הבא ב650 ° C תוצאות בהיווצרות חלקיקי Ag התאגדו בNanotube Tio 2 (איור 6 ג), שכן הקריסה של ג&#39;ל טיטניה גורמת לחלקיקי Ag להיות מועברים אל הקירות הנקבוביות. לעומת זאת, חישול בטמפרטורה גבוהה של ג&#39;ל טיטניה לפני electrodeposition Ag מוביל להיווצרות של Tio 2 צינורות מוצקים. במקרה זה, nanowires Ag יכול להיות מופקד בתוך צינורות אלה, מה שמוביל להיווצרות של nanowires Tio 2-AG עם ארכיטקטורת קואקסיאלי (6b איור). הפעילות של Ag המפולח | nanowires ZnO בפיצול המים photocatalytic ניתן לחקור באמצעות פתרון מתנול / מים תחת תאורת UV, שבו מעשי מתנול כמחסל חור. מבחינה טכנית פתישיטת le לזהות מימן גזים מתפתחים מהפתרון מתקבלת על ידי הצבת חיישן 2 H ישירות מעל הפתרון (איור 7). ניסוי זה מזהה רק את הסכום של H 2 שהגיע לחיישן, כך שהסכום בפועל של H נוצרה 2 יכול להיות גבוה יותר כחלק H 2 יישאר מומס בשלב מתנול / מים. האות כפי שזוהה על ידי החיישן שמוצגת באיור 8 א. איור 8b מראה את אותו האות אחרי שינוי לטווח הזמן של H 2 היווצרות בפועל. כאשר מקור אור UV היה מופעל (t = 17.5 דקות באיור 8 א), את האות יורדת באופן משמעותי בשל הרגישות לאור של החיישן. מייד אחרי ירידה זו באות, התגובה מתחילה וכתוצאה מכך לרגע זה הוגדר כt = 0 דקות ב8 ב איור, ואת האות המקבילה הוגדרה כ0 V. במהלך החשיפה לקרינת UV של המבחנה, זה היה גם נראה שגז קטן bubbles נוצרו. מאז החיישן המשמש הוא מעט חוצי רגיש למתנול, המדידה של מדגם התייחסות ללא nanowires נכללה גם. במהלך תאורת UV, איור 8 מראה שהאות מהמדגם עם nanowires היא גבוהה יותר מאשר האות ממדגם ההתייחסות. העלייה בפוטנציאל היא מדד ביחס לכמות גזי H 2 שיוצרת ומתפתח מהפתרון. על מנת לתת הערכה כמותית לסכום של H התפתח 2, התגובה האפשרית של החיישן מהניסויים הפוטו הייתה בהשוואה לתגובה שלה בגובה 4% כרך 2 בN 2 זרם גז. מההשוואה, הוערך כי 17 דקות של תאורת UV של Ag | nanowires ZnO גרמו להיווצרות של כ 0.2% כרך H 2 בנפח הגז מעל לפתרון. מאז ~ 0.1 גרם של nanowires היה בשימוש, זה שווה לשיעור אבולוציה H 2 של 6.92 x 10<html> -6 Mol / hr · גרם. כנקודת התייחסות, ניסויים עם nanowires ZnO או Ag חד פאזיים היו גם ביצעו. ניסויים אלה, לא מוצגים כאן, לא נותנים שום אינדיקציה להיווצרות H 2; לא מהיווצרות בועת גז ולא מאות חיישן. <img alt="איור 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig1highres.jpg" width="500" /> איור 1 עיקרון עבודה של Ag המפולח | nanowire ZnO בפיצול המים photocatalytic:. (א) ייצוג סכמטי, ו (ב) תרשים אנרגיה. כאשר אור UV נספג על ידי מגזר ZnO, זוג אלקטרון חור נוצר. האלקטרונים בנויים כלזרום לשלב Ag שבו הם נצרכים בחצי תגובת ירידת אלקטרוכימי. נשאר החור במגזר ZnO שבו הוא נצרך בחצי תגובת חמצון.מקבל = &quot;_blank&quot;&gt; לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר. <img alt="איור 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig2highres.jpg" width="500" /> איור 2. ייצוג סכמטי של הצעדים רצופים נלקחו לסינתזת nanowire. <img alt="איור 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig3highres.jpg" width="500" /> איור 3. מעגל הפעלה אופייני של חיישן H 2 עם גשר ויטסטון. לפי שיטה זו, פין 1 עד 4 מתייחסים לחיווט של החיישן (פין 1 הוא שחור, הסיכה 2 היא כחולה, פינים 3 הוא לבנים, הסיכה 4 היא חום ), H R הוא ההתנגדות של דוד (150 ± 50 Ω), r R הוא ההתנגדות של ההתייחסות (1,500 ± 500 Ω), R ים הוא את ההתנגדות של החיישן (1<html> , 000 ± 250 Ω). החיישן מחובר ל12 V מקור כוח, כך ש0.5-1.0 V מוחלים על דוד ו2.7 V מוחלים על הגשר ויטסטון. V מתוך מחובר למודד / potentiostat. ההתנגדות הבאה לפין 2 היא משתנה ויכולה להיות מותאמת על מנת לקבל נקודת התחלה מתאימה. <img alt="איור 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig4highres.jpg" width="500" /> איור 4 עקומות זה אופייניים () Ag |.. תצהיר nanowire ZnO, ו (ב) בתצהיר nanowire Tio 2-AG ריבועי מראים עקום מוגדלת של התצהיר של מגזר Ag (א) או ליבת Ag (ב). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig4highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> ther.within-page = &quot;תמיד&quot;&gt; <img alt="איור 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig5highres.jpg" width="500" /> תמונת איור 5 סריקה מיקרוסקופית אלקטרונים (SEM) של ZnO המפולח axially |. nanowires Ag. <img alt="איור 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig6highres.jpg" width="500" /> איור 6. תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים סורקות של () Tio 2 צינורות, (ב) nanowire Tio 2-AG קואקסיאליים ו (ג) צינורות Tio 2 / Ag. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig6highres.jpg" target="_blank">לחצו כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig7highres.jpg" width="500" /> איור 7. התקנה אופיינית לגילוישל H 2 גז התפתח מnanowires photocatalytic. H 2 החיישן מבוסס PD הוא להציב את תקע NS של קובט קוורץ, ומחובר למגבר (ראה איור 3). המגבר מופעל על ידי מקור 12 V כוח ואת האות מהחיישן נקרא על ידי מודד (או potentiostat) מחובר למחשב לייצוג גרפי של האות המתקבל. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig7highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig8highres.jpg" width="500" /> איור 8 תגובה מH החיישן 2 במהלך הקרנת UV של Ag |.. Nanowires ZnO בפתרון מתנול / מים (קו אדום) וניסוי התייחסות ללא nanowires (קו כחול) () האות כפי שהיא נמדדת על ידיחיישן; (ב) אות במהלך H 2 היווצרות, שבו נקודת נתונים בזמן t = 17.5 דקות של (א) הוגדרה כתחילת התגובה ב( ב). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig8highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig9highres.jpg" width="500" /> . איור 9 תמונה מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של Ag photocorroded | nanowire ZnO לאחר 48 שעות של תאורת UV.

נהלים מתוארים להכנת ננו-חוטים מפולחים וקואקסיאליים באמצעות אלקטרודפוזיציה מעוצבת בננו-נקבוביות. כדוגמאות, ננו-חוטים מפולחים המורכבים מקטעי Ag ו-ZnO, וננו-חוטים קואקסיאליים המורכבים ממעטפת TiO2 וליבת Ag. הננו-חוטים שימשו בניסויים בהיווצרות מימן פוטו-קטליטי.

אופן ההכנה ושימוש בPhotocatalytically פעיל מקוטע Ag | ZnO וקואקסיאלי טיו<sub&gt; 2</sub&gt;-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Photocatalytically active nanostructures require a large specific surface area with the presence of many catalytically active sites for the oxidation and ...

המטרה הכללית של פרוצדורה זו היא להסביר את השלבים המבוצעים ליצירת ננו-חוטים מקטעים בשיטה פשוטה וניתנת לשחזור הנקראת משקעיות אלקטרוכימית בתבנית (templated electro deposition), ולהציג שיטה פשוטה לגילוי גז מימן בניסויי פירוק פוטו-קטליטי של מים. דבר זה מושג תחילה על ידי הכנת ממברנה המשמשת כתבנית להשקעת ננו-חוטים בעלי צורה וגודל ספציפיים. הכנה זו כוללת התזה (sputtering) של שכבת זהב למגע חשמלי ושל פרוסת זכוכית לצורך בידוד.השלב השני הוא שיקוע אלקטרולי של החומרים הרצויים בתוך נקבובי התבנית, ועל ידי ביצוע מספר שלבי שיקוע בתוך אותה תבנית, ניתן ליצור ננו-חוטים מקטעים. לאחר מכן, הננו-חוטים משוחררים מהתבנית ומועברים לתמיסה המשמשת לניסויי פוטוקטליזה. השלב האחרון הוא הכנת המערך המשמש להפקה פוטוקטליטית של מימן.בסופו של דבר, נעשה שימוש בחיישן גז מימן בשילוב עם הקרנת UV כדי להראות שננו-חוטים אלו הם פעילים פוטו-קטליטית וניתן להשתמש בהם ליצירה אוטונומית של מימן. אחד היתרונות המרכזיים של ייצור ננו-חוטים באמצעות שקיעה חשמלית בתבנית הוא שניתן להכין הרכבים שונים רבים. התהליך מבוצע בתמיסות מימיות בתנאים מתמיקים, ואינו דורש ציוד יקר.בסרטון זה, אנו מראים כיצד להכין ננו-חוטים פוטוקטליטיים ליצירת מימן, אך ניתן להחיל את אותה שיטה גם להכנת ננו-חוטים עבור פוטוולטאיקה, תאים תרמואלקטריים, תאי דלק ויישומים רבים אחרים. התחילו את ההליך בבחירת ממבנה פוליקרבונט עם חורי תכנית (PCTE membrane) בעלת קוטר נקבים חיצוני של 200 ננומטרים ובעובי של שישה מיקרונים. קוטר הממבנה המשמש כאן הוא 25 מילימטרים.לאחר מכן, שולחים שכבת זהב לגב הממברנה באמצעות מערכת ספוטרינג (sputtering) זמינה מסחרית. במקרה זה, נעשה שימוש בלחץ השקעה של 2×10⁻² millibar עם ארגון כגז הספוטרינג וקצב השקעה איטי של כ-13 nanometers לדקה. שכבת זהב זו תשמש כמגע חשמלי במהלך השקיעה האלקטרוכימית.לאחר התזת שכבת הזהב על ממבנה ה-PCTE, השלב הבא הוא הצמדת זכוכית קטנה על גבי הצד המצופה בזהב של הממברנה, באמצעות ארבע רצועות קטנות של סרט הדבקה דו-צדדי לאורך קצוות הזכוכית. זכוכית זו משמשת להבטחת Electro deposition סלקטיבי בתוך הממברנה ולשם יציבות מכנית.הדביקו חתיכה קטנה של סרט נחושת על חלק הממברנה הבולט מהשקופית הזכוכית. מכיוון שסרט נחושת הוא מוליך, ניתן לחבר את תפס התנימים של האלקטרודה העובדת לסרט הנחושת. שפרו את הידבקות הממברנה לשקופית הזכוכית על ידי הנחת סרט טפלון מסביב לקצוות.דבר זה מומלץ להשקעות בטמפרטורות גבוהות. לפני הכנת מקטע הכסף, הכין תמיסה מימית המכילה silver nitrate וחומצה בורית וכוון את ה-pH ל-1.5. בעזרת חומצה חנקית, הנח את ממבבע ה-PCTE שהוכן יחד עם אלקטרודת נגד מפלטינה ואלקטרודת ייחוס של כסף/כלוריד כסף.בתוך התמיסה שהוכנה, הפעל פוטנציאל חיובי של 0.1 volts ביחס לאלקטרודת הייחוס של כסף/כסף כלוריד. למשך 30 שניות, ובהתאם להנחיות יצרן הפוטנציוסטט, הוצא את האלקטרודות מהתמיסה ושטוף אותן במי Milli Q. כדי להכין תחילה את מקטע תחמוצת האבץ, הכן תמיסה מימית המכילה 0.1 molar של zinc nitrate hexahydrate.בשלב הבא, חממו את התמיסה ל-60 °C באמצעות מקבץ מים והכניסו את הממברנה המכילה את מקטע הכסף. יחד עם אלקטרודת נגד מפלטינה ואלקטרודת ייחוס של כסף/כלוריד כסף בתוך התמיסה המחוממת, הגבישו פוטנציאל של מינוס 1 V ביחס לאלקטרודת הייחוס של כסף/כלוריד כסף למשך 20 דקות. בהתאם להוראות היצרן של מכשיר הפוטנציוסטט, חשוב לבחון את עקומת הזרם-זמן (IT curve) במהלך שיקוע האלקטרודה, שכן זרם לא הגיוני או אפס מעידים על מגע לקוי.לאחר 20 דקות, הוצא את האלקטרודות מהתמיסה ושטוף אותן במים מסוג milli Q. יש לחזור על כל הליך זה של Electrodeposition של מקטעי ננו-חוטים של כסף וסינץ Oxide ארבע פעמים, כדי להשיג מספיק ננו-חוטים עבור אות משמעותי מחיישן המימן כדי להוציא את ננו-חוטי הכסף וסינץ Oxide. גזור את הממברנה המכילה את הננו-חוטים מהשקופית של הזכוכית והעבר חלק מהממברנה למבחנה צנטריפוגית מפוליפרופילן.הוסף כ-2 milliliters של chloro methane כדי להמיס את ממבאר ה-PCTE ולשחרר את הננו-חוטים אל תוך התמיסה. לאחר כ-30 דקות, הממברנה אמורה להיות מומסת לחלוטין. הנח טיפה קטנה של תמיסת ה-DI chloro methane המכילה ננו-חוטים על פרוסת סיליקון קטנה לצורך אנליזה במיקרוסקופ אלקטרונים סורק.סבב את התמיסה שהתקבלה בצנטריפוגה בכ-19,000 ×g למשך חמש דקות, הסר את הדיכלורומתאן העודף והוסף דיכלורומתאן טרי. חזור על התהליך לפחות שלוש פעמים כדי להבטיח שכל הפוליקרבונט הוסר. לאחר השטיפה האחרונה עם דיכלורומתאן והסרת הדיכלורומתאן העודף, הוסף מים לחוטי הננו בצנטריפוגה, שלוף את המים והוסף מי milli Q טריים.חזור על שטיפה זו לפחות שלוש פעמים נוספות כדי להחליף לחלוטין את כל ה-di chloro methane ב-milli Q water. חיישן המימן המשמש בניסויי היווצרות המימן מוכן מחיישן מימן מבוסס פלדיום. החיישן נמצא בתוך פקק NS המתאים לחלק העליון של צינור קוורץ.חברו את החיישן למעגל גשר ויהטסטון (Wheatstone bridge) סטנדרטי. סכימה זו ממחישה הגדרה טיפוסית לגילוי גז מימן, הפולט מחוטי ננו פוטוקטליטיים. כדי להתחיל ביצירת מימן פוטוקטליטית, העבירו את תמיסת ננו-החוטים המימית למסורת קוורץ בנפח 72 milliliter.הוסף מים עד לנפח כולל של 10 milliliters של מים בתוך צינור הקוורץ. לאחר מכן הוסף 40 milliliters של methanol. התחל להקליט את האות מחיישן המימן המבוסס על palladium לפני הצבתו מעל צינור הקוורץ, ועקוב אחר השינויים באות.לאחר כ-200 שניות של אות יציב, הניחו את חיישן המימן מעל צינור הקוורץ ובמקביל הדליקו את מקור אור ה-UV כדי להתחיל את המדידה בפועל. כאן ניתן לראות בועות של גז מימן המשתחררות מהננו-חוטים כאשר הם מפוזרים בתמיסת מים ומתנול. במהלך השיקוע, ניתן להציג את הזרם הנמדד בין אלקטרודת העבודה לאלקטרודת הנגד בעקומת IT. זאת מכיוון שהזרם קשור ישירות לכמות החומר שהשקיעו באמצעות חוק פאראדיי.הזרם הנצפה מהווה אינדיקציה חשובה לאופן התקדמות השקיעה; עקום IT טיפוסי עבור שקיעה של ננו-חוטי כסף ותחמוצת אבץ מוצג בפאנל השמאלי. שקיעה של ננו-חוטי כסף ותחמוצת טיטניום לא הודגמה בסרטון זה, אך עקום IT טיפוסי מוצג בפאנל הימני.בתמונה זו של מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת מוצגים ננו-חוטים טיפוסיים של תחמוצתה של כסף ואבץ בעלי פילוח צירי. סדרת התמונות הבאות של מיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת מציגה ננו-צינורות ריקים של תחמוצת טיטניום, ננו-חוט כסף קואקסיאלי של תחמוצת טיטניום, וננו-צינורות של תחמוצת טיטניום עם ננו-חלקיקי כסף. גרפים אלו מראים את האות כפי שזוהה על ידי החיישן ואת אותו אות לאחר התמרה למסגרת הזמן של היווצרות הגז מימן בפועל.הקווים האדומים מייצגים את התגובה מהחיישן במהלך הקרנה ב-UV של ננו-חוטים של כסף ותחמוצת אבץ בתמיסת מים-מטנול, והקווים הכחולים מייצגים ניסוי ביקורת ללא ננו-חוטים. כאשר מקור אור ה-UV הופעל בדקה ה-17.5, האות יורד באופן משמעותי בשל הרגישות של החיישן לאור.מיד לאחר ירידה זו באות, התגובה מתחילה ולפיכך, רגע זה הוגדר כ-T שווה ל-0 דקות בפאנל B, והאות המתאים הוגדר כ-0 וולט. מכיוון שהחיישן שבו נעשה שימוש הוא בעל רגישות צולבת קלה למתנול, נכללה גם מדידה של דגימת ייחוס ללא ננו-חוטים, כפי שמוצג בתוצאות אלו; במהלך הקרנת UV, האות מהדגימה עם הננו-חוטים היה גבוה מהאות של דגימת הייחוס. יצירת גז מימן באמצעות ננו-חוטי zinc oxide של כסף פסקה בדרך כלל לאחר כ-48 שעות של הקרנת UV, כפי שמעידה הפסקת היווצרות בועות הגז. הסיבה לאובדן פעילות זה היא פוטו-קורוזיה של zinc oxide.תמונה זו במיקרוסקופיה אלקטרונית סורקת מציגה ננו-חוט של תחמוצת אבץ וכסף שעבר קורוזיה פוטוכימית. לאחר 48 שעות של הקרנת UV, פני השטח של מקטע תחמוצת האבץ מחוספסים הרבה יותר מאשר אלו של ננו-חוט שסונתז לאחרונה. בספרות המקצועית דווחו מספר שיטות לעיכוב תהליך הקורוזיה הפוטוכימית של תחמוצת אבץ.לחלופין, אנא עיינו בכתב היד המצורף עבור שיטת סינתזה של ננוחוטי כסף וטיטניום דיאוקסיד קואקסיאליים, אשר ניתנים לשימוש לפילוג אוטונומי ללא כל סימן לפוטו-קורוזיה. ניתן לממש פונקציונליות נוספות, כגון תנועה אוטונומית של הננוחוטים או היגוי מגנטי חיצוני, על ידי שילוב של מקטעים נוספים כגון פלטינה, זהב או ניקל. בדרך זו, ניתן להכין ננוחוטים רב-תפקודיים.לאחר צפייה בסרטון זה, תרכשו הבנה טובה לגבי אופן ייצור ננו-חוטים, כולל דרך פשוטה לבידוד הממברנה. כמו כן, תוכלו לבחון את הפעילות הפוטוקטליטית שלהם באמצעות חיישן מימן פשוט.

preparation-use-photocatalytically-active-segmented-agzno-coaxial

Research

JoVE Journal

Engineering

הנדסה

אנו מתארים את השיטה הניסיונית להפקיד סרטים דקים תחמוצת nanostructured ידי תצהיר ליזר פעם שבריר שני (PLD) בנוכחות גז רקע. באמצעות שיטה זו אל מסומם ZnO סרטים (אזו), מקומפקטית לצורה היררכית כמו יערות ננו עץ, יכול להיות מופקד.

ייצור של ננו מהונדס תחמוצות שקופות לנהל בתצהיר ליזר פעם

שיטת ייצור צעד אחד לקבלת heterostructure הכפול epitaxial בודד מוצגת. גישה זו יכולה להשיג כיסוי ZnO עם צפיפות מספר גבוהה מזה של heterostructure היחיד epitaxial, שהובילה לnanogenerator פיזואלקטריים עם ביצועים חשמליים תפוקה מוגברת.

הכנת ZnO nanorod / גראפן / ZnO nanorod Epitaxial זוגי Heterostructure לPiezoelectrical Nanogenerator על ידי השימוש בPreheating הידרותרמיות

כאן אנו מציגים פרוטוקול סינתזה Zn 1-x Mg x O / Cu 2 O heterojunctions ב-באוויר הפתוח בטמפרטורה נמוכה באמצעות בתצהיר שכבה אטומית מרחבית בלחץ אטמוספרי (AP-SALD) של Zn 1-x Mg x O על תחמוצת cuprous. כזה תחמוצות מתכת באיכות גבוהה קונפורמי ניתן לגדל על מגוון מצעים כולל פלסטיק בשיטה זולה וניתן להרחבה זו.

איכות heterojunction משופר ב Cu<sub&gt; 2</sub&gt; O מבוסס תאים סולריים באמצעות אופטימיזציה של לחץ האטמוספרה אטומי שכבת מרחבים שהופקדה<br /&gt; Zn<sub&gt; 1-x</sub&gt; Mg<sub&gt; x</sub&gt; O

מוצג פרוטוקול לגידול חמצוני פוטוכימי של ננו-חלקיקי תחמוצת אירידיום גבישיים קטנים על פני השטח של ננו-חלקיקי מוט זרעים CdSe@CdS.

צמיחת פוטו חמצונים של חלקיקים אירידיום תחמוצת על Nanorods CdSe @ התקליטורים

כאן, אנו מכינים ולאפיין ננו ZnO / CdSSe היררכי דמוי עץ הרומן, שבו סניפים CdSSe גדלים על nanowires ZnO מיושר אנכית. Nanotrees וכתוצאה מכך הם חומר פוטנציאל המרת אנרגיית השמש והתקנים אופטו-אלקטרוניים אחרים.

סינתזה של המבנה ההיררכי ZnO / CdSSe Heterostructure Nanotrees

המטרה הכוללת של פרויקט זה היתה להשתמש electrospinning כדי לפברק photanode עם ביצועים משופרים עבור תאים סולריים רגישים צבע.

Electropinning של אלקטרודות photatalalytic עבור תאים סולריים רגישים צבען

כתב יד זה מתאר כיצד לעצב, הרכיבו יעיל SMPV1:PC הפוכה71מוניטור השמש תאים עם ZnO nanorods (NRs) גדל על שכבת זרע ZnO באל-מסטול (אזו) באיכות גבוהה. מיושר היטב באופן אנכי אוריינטציה ZnO NRs נספח מאפייני גבישי גבוהה. המרת כוח יעילות תאים סולריים יכולים להגיע 6.01%.

היטב מיושר אנכית מונחה ZnO Nanorod מערכים ויישומם ב הפוך קטן מולקולה תאים סולריים

הפרוטוקול מתאר סינתזה ובדיקות אלקטרוכימי של nanowires פלטינה וניקל. Nanowires היו מסונתז על ידי העקירה גלווני של תבנית ננו-חוט ניקל. עיבוד שלאחר סינתזה, כולל מימן חישול, שטיפת חומצה ו חמצן חישול שימשו כדי למטב nanowire ביצועים ועמידות ב התגובה הפחתת חמצן.

סינתזה של פלטינה וניקל Nanowires ואופטימיזציה לביצועים הפחתת חמצן

מוצג כאן הוא פרוטוקול לסינתזה של כסף פלדיום (Ag-Pd) חלקיקי מסגסוגת (NPs) נתמך על ZrO2 (Ag-Pd / ZrO2). מערכת זו מאפשרת קצירת אנרגיה מהקרנת אור נראה כדי להאיץ ולשלוט טרנספורמציות מולקולריות. זה מאויר על ידי הפחתת nitrobenzene תחת הקרנה קלה מזורז על ידי Ag-Pd / ZrO2 NPs.

הכנת חלקיקי כסף-פלדיום לסגסוגת עבור קטליזה פלסמונית תחת תאורת אור גלוי

מוצגת טכניקת סינתזה להכנת ה-ZnCoS/ZnCdS המגיב לאור הנראה עם פוטו-קטליזטור במבנה גבישי תאום וטכניקת בדיקת תגובת הפוטו-רדוקס של הפעילות הפוטו-קטליטית והסלקטיביות שלו באבולוציה של H2 וייצור בנזלדהיד.

סינתזה והערכות ביצועים של ZnCoS/ZnCdS עם מבנה גביש תאום עבור פוטו-קטליזה רב-תכליתית של חמצון חיזור ביישומי אנרגיה

למד כיצד להכין ננו-חוטים מקוטעים מכסף ואבץ-אוקסיד באמצעות שיטת ההשקעה האלקטרוליטית בתבנית. השיטה מאפשרת ייצור קטליטי של מימן באמצעות קרינת UV.

אופן ההכנה ושימוש בPhotocatalytically פעיל מקוטע Ag | ZnO וקואקסיאלי טיו

גלה סרטונים נוספים