Name: סינתזה, אפיוני ביצועים של מתכות מעבר מאטום בודד הזרז להפחתת2 CO אלקטרוכימי (וידאו) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-04-10T14:45:00.000+00:00
Duration: 10 min 57 s
Description: למד סינתזה של אטומי מתכת מעבר בודדים בחסרי גרפן להפחתה אלקטרוכימית סלקטיבית של CO2 ל-CO. שיטה זו מאפשרת לכוד אטומים בודדים ולחקור יעילות זרזים בתמיסות מימיות.

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

עבודה זו נתמכה על ידי רולנד עמיתי התוכנית באוניברסיטה המכון רולנד של הרווארד. העבודה בוצעה באופן חלקי במרכז עבור ננו מערכות (CNS), חבר נבחרת ננוטכנולוגיה ברשת תשתית, אשר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע תחת פרס אין. ECS-0335765. מערכת העצבים היא חלק של אוניברסיטת הרווארד.

1. הכנת הזרז אטום בודד Ni (נין-GS)
<ol><li>הכנת electrospinning קודמן פתרון<ol>
<li>לקחת בקבוקון נצנוץ 20 מ"ל, להמיס 0.5 גר' polyacrylonitrile (Mw= 150,000), 0.5 גר' polypyrrolidone (Mw= 1,300,000), 0.5 g ני (3)2·6H2O, ו- 0.1 גר' דיציאנדיאמיד ב 10 מ ל של dimethylformamide (DMF).</li>
		<li>מחממים את התערובת DMF עד 80 ° C ולשמור את התערובת ב 80 ° C עם תוך ערבוב מתמיד עד כל פולימרים ומלח נמצאים התפרקה, פתרון ברור נצפית.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Electrospinning לייצר סיבי פולימר<ol>
<li>הגדרת הפרמטרים electrospinning קונבנציונליות כמו: 15 kV של מתח חשמלי סטטי, 15 ס מ של אוויר הפער המרחק, מצע אוסף של 8 × 8 ס מ סיב פחמן נייר (CFP) עם - 4 kV מתח חשמלי.</li>
		<li>לחלץ 5 מ של קודמן פתרון לתוך מזרק 5 מ ל, להתחיל מזרק משאבה בספיקה של 1.2 מ ל h−1ולאחר מכן התחל electrospinning. הערה: מתח גבוה משמש electrospinning. אף-על-פי זרם נמוך מאוד עובר דרך המערכת במהלך תהליך ספינינג, ארון מעץ מבודדים הוא הציע.</li>
		<li>להוציא את המצע CFP לאחר תהליך electrospinning נגמר. סרט סיבים פולימריים משתרע על פני CFP.</li>
	</ol>
</li>
	<li>חישול סיבי פולימר לתוך צינורות פחמן<ol>
<li>מחממים את איך מכינים פולימרים סיב הסרט/CFP עד 300 ° C ב- h 1.5 תנור תיבת, לשמור על הטמפרטורה עבור h 0.5 להתחמצן של פולימרים. הערה: לאחר תהליך oxidization, nanofibers (NFs) הם עצמית מנותק מן הנייר פחמן וכתוצאה מכך הסרט בודד.</li>
		<li>השימוש זוג מספריים לחתוך את nanofibers האלה לחתיכות קטנות יותר (~ 0.5 ס"מ × 2 ס"מ) למקם אותם לתוך סירה קוורץ.</li>
		<li>מקם את הסירה קוורץ לכבשן צינור ולאחר deaerate זה בתוך ויוצרים אווירה גז (5% H2 ב Ar). לשמור את קצב זרימת גז כמו 100 sccm הלחץ כמו תור 1.</li>
		<li>לחמם בתוך 10 דקות ramping עד 300 ° C, 2 h ramping עד 750 מעלות צלזיוס, איפה זה מתוחזק לשעה נוספת, ואחריה התקררות טבעית.</li>
	</ol>
</li>
	<li>כדור מיל-מסונתז נין-GS זרז עבור 5 דקות כדי ננו אבקות זרז, אפיוני.</li>
</ol>2. אלקטרוכימי CO2 הפחתת מדידות
<ol><li>תא ואלקטרודות<ol>
<li>להתכונן 0.1 M KHCO3 אלקטרוליט מדידות הבאות, להמיס קודם 2.5 גר' KHCO3 ב 250 מ של מים הנדסה גנטית, ואז לטהר האלקטרוליט על ידי אלקטרוליזה בין שני מוטות גרפיט-0.1 mA במשך 24 שעות ביממה כדי להסיר את כל מעקב אחר כמות מתכת יונים.</li>
		<li>קח העתק מזוגגות מלוטשת (electrochemically) טריים (1 ס"מ × 2 ס מ), לכסות את הישבן שלה עם שעווה electrochemically אינרטי, הידרופוביות, כמו המצע אלקטרודה עבודה.</li>
		<li>לוקחים בקבוקון נצנוץ 4 מ"ל, לערבב 5 מ"ג של הזרז נין-GS-מוכן עם 1 מ"ל אתנול, µL 100 ionomer פתרון (5% ב- 2-proponal) בתוך המבחנה ו sonicate עבור 20 דקות לקבל השעיה דיו זרז הומוגני.</li>
		<li>Pipet 80 µL הדיו זרז עלו על 2 ס מ2 פחמן מזוגגות השטח (0.2 מ ג ס מ-2 מסה טעינה), אבק יבש הזרז אלקטרודה מקורה ב- desiccator לפני השימוש.</li>
		<li>השתמש תשובה מכשילה פלטינה אלקטרודה calomel רוויים (SCE) מונה ו הפניה אלקטרודה, בהתאמה.</li>
		<li>שימוש מותאם אישית gastight H-סוג זכוכית תא, כשהם מופרדים באמצעות קרום exchange פרוטון, האלקטרודות 3 לעיל הרכבת, כמו גם את הבדיקות אלקטרוכימי פועל.</li>
		<li>מקם את העבודה אלקטרודה SCE הפניה אלקטרודה בתא אחד של H-תא ואת Pt רדיד אלקטרודה בחדר השני. להזריק ~ 25 מיליליטר אלקטרוליט כל תא של H-תא.</li>
		<li>האלקטרודות 3 H-תא להתחבר לתחנת העבודה אלקטרוכימי לבקרת פוטנציאליים.</li>
		<li>בועה האלקטרוליט עם N2 -sccm 50.0 (פיקוח על-ידי בקר זרימת מסה) במשך 30 דקות לכיוון N2-רווי 0.1 M KHCO3.</li>
		<li>בחר Voltammetry מחזורית (CV) טכניקה בתוכנה EC-Lab, לקבוע "E טווח (פוטנציאל)" כמו "-10 V 10 V", "אני טווח (הנוכחי)" כמו "אוטומטי", לבצע סריקות CV רציף 5 מ- 0.5 V כדי ה אוקראינים -1.8 V (לעומת SCE) בקצב הסריקה של mV 50/s N2-רווי 0.1 M KHCO3.</li>
		<li>לשנות ל 50 sccm CO2 לגז לזרום, לחכות 30 דקות לכיוון CO2-רווי 0.1 M KHCO3 אלקטרוליט ולשמור על הזרם2 CO זהה לאורך אלקטרוליזה הבאים.</li>
		<li>בחר CV טכניקה בתוכנה EC-Lab, לקבוע "E טווח (פוטנציאל)" כמו "-10 V 10 V", "אני טווח (הנוכחי)" כמו "אוטומטי", לבצע סריקות CV רציף 5 מ- 0.5 V כדי ה אוקראינים -1.8 V (לעומת SCE) בקצב הסריקה של mV 50/s ב- CO2-רווי 0.1 M KHCO3.</li>
		<li>להשתמש pH מטר לקביעת ערכי ה-pH של אלקטרוליטים, כלומר., 0.1 M KHCO3 רווי N2 או CO2.</li>
		<li>להמיר כל פוטנציאל נמדד נגד SCE הסולם אלקטרודה (RHE) מימן הפיכה זו עבודה באמצעות E (לעומת RHE) = E (לעומת SCE) + 0.244 V + 0.0591 × pH.</li>
		<li>לקבוע פתרון התנגדות (Ru) ב- EC-מעבדה תוכנה על-ידי בחירת הטכניקה Potentiostatic אלקטרוכימי עכבה ספקטרוסקופיה (PEIS), ולאחר מכן קבע התדרים מ 0.1 הרץ עד 200 קילו-הרץ, להקליט את ערך התנגדות.</li>
		<li>לפצות באופן ידני iR-זרוק כמו E (iR מתוקן לעומת RHE) = E (לעומת RHE) - Ru × אני (אמפר של הממוצע הנוכחי).</li>
	</ol>
</li>
	<li>CO2 הפחתת ניתוח מוצרים לפי שמוצאים ופשוט (GC)<ol>
<li>מעסיקים GC, מצויד בשילוב של עמודות 5A, micropacked פתיח, לניתוח מוצרי גז במהלך CO2RR. הערה: ניתן למצוא את סוגי העמודות GC מפורטת מצורפת טבלה של חומרים.</li>
		<li>השתמש גלאי מוליכות תרמית (TCD) לכמת H2 ריכוז, גלאי יינון בלהבה (FID) methanizer לתוכן CO ניתוח כמותי ו/או כל מיני אלקאן אחרים.</li>
		<li>לשימוש שני גזים תקן שונים עקומות כיול H2 וריכוז CO (H2: 100 ו 1042 עמודים לדקה; CO: ppm 100 ו 496.7; מאוזנת עם ארגון.)</li>
		<li>במהלך אלקטרוליזה, לשמור על קצב הזרימה של גז2 CO-50.0 sccm, לספק CO2 לתוך תא cathodic המכיל CO2-0.1 M KHCO3 אלקטרוליט רוויות, והוא פתח הפליטה לתוך GC.</li>
		<li>לשמור המתח על אלקטרודה עבודה, החל-0.3 וכלה-1.0 V לעומת RHE, המנגינה stepwise ~ 15 דקות לכל פוטנציאל או שיא העקומה chronoamperimetric המתאימים.</li>
		<li>קבע את H2 CO תוכן הפליטה של איתותים TCD ו FID, בהתאמה. הערה: מוצרי דלק הם לטעום לאחר אלקטרוליזה רציפה של ~ 10 דקות תחת כל הפוטנציאל. הדלק2 CO 50 sccm, מעורבב עם ברציפות הפיק H2 ו- CO, זרמו דרך הלולאה דגימה (1 מ"ל) של GC במהלך אלקטרוליזה.</li>
		<li>חישוב צפיפות הזרם חלקית עבור מוצר נתון גז כמו להלן: <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/57380/57380eq2.jpg"> איפה xאני השבר נפח של מוצר מסוים הנקבע על-ידי GC מקוון הפניה עקומות כיול של שתי דגימות דלק רגיל (סקוט ו- Airgas), v הוא קצב הזרימה של 50 sccm, nאני הוא מספר אלקטרונים מעורב, p0 = 101.3 kPa, F הוא קבוע Faradaic ו R הוא קבוע הגז.</li>
		<li>חישוב יעילות Faradaic המקביל (FE)-כל פוטנציאל <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/57380/57380eq7.jpg"> . הערה: היעילות הכוללת Faradaic יכול להיות בטווח של 90-110% השגיאות של קצב הזרימה גז, צפיפות זרם וניתוח ריכוז גז ב- GC.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol><li>Lewis, N. S., Nocera, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Powering+the+planet%3A+Chemical+challenges+in+solar+energy+utilization%5BTitle%5D)+AND+%22P.+Natl.+Acad.+Sci.+USA%22%5BJournal%5D)">Powering the planet: Chemical challenges in solar energy utilization.</a> P. Natl. Acad. Sci. USA. 103, 15729-15735 (2006).</li>
<li>Appel, A. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Frontiers%2C+Opportunities%2C+and+Challenges+in+Biochemical+and+Chemical+Catalysis+of+CO2+Fixation%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Frontiers, Opportunities, and Challenges in Biochemical and Chemical Catalysis of CO2 Fixation.</a> Chem. Rev. 113, 6621-6658 (2013).</li>
<li>Jhong, H. R., Ma, S. C., Kenis, P. J. A. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211339813000294">Electrochemical conversion of CO2 to useful chemicals: current status, remaining challenges, and future opportunities.</a> Curr. Opin. Chem. Eng. 2, 191-199 (2013).</li>
<li>Ashford, D. L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Molecular+Chromophore-Catalyst+Assemblies+for+Solar+Fuel+Applications%5BTitle%5D)+AND+%22Chem.+Rev%22%5BJournal%5D)">Molecular Chromophore-Catalyst Assemblies for Solar Fuel Applications.</a> Chem. Rev. 115, 13006-13049 (2015).</li>
<li>Nocera, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solar+Fuels+and+Solar+Chemicals+Industry%5BTitle%5D)+AND+%22Accounts.+Chem.+Res%22%5BJournal%5D)">Solar Fuels and Solar Chemicals Industry.</a> Accounts. Chem. Res. 50, 616-619 (2017).</li>
<li>Larrazabal, G. O., Martin, A. J., Perez-Ramirez, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Building+Blocks+for+High+Performance+in+Electrocatalytic+CO2+Reduction%3A+Materials%2C+Optimization+Strategies%2C+and+Device+Engineering%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Phys.+Chem.+Lett%22%5BJournal%5D)">Building Blocks for High Performance in Electrocatalytic CO2 Reduction: Materials, Optimization Strategies, and Device Engineering.</a> J. Phys. Chem. Lett. 8, 3933-3944 (2017).</li>
<li>Hori, Y., Wakebe, H., Tsukamoto, T., Koga, O. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/0013468694851727">Electrocatalytic Process of Co Selectivity in Electrochemical Reduction of Co2 at Metal-Electrodes in Aqueous-Media.</a> Electrochim. Acta. 39, 1833-1839 (1994).</li>
<li>Hori, Y. <a target="_blank" href="http://scholar.google.com/scholar?hl=en&safe=off&q=author%3aHori%2C+Y+%22Modern+aspects+of+electrochemistry%22">Modern aspects of electrochemistry</a>. , Springer. 89-189 (2008).</li>
<li>Lin, S., et al. <a target="_blank" href="http://science.sciencemag.org/content/349/6253/1208">Covalent organic frameworks comprising cobalt porphyrins for catalytic CO2 reduction in water.</a> Science. 349, 1208-1213 (2015).</li>
<li>Zhang, X., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Highly+selective+and+active+CO2+reduction+electrocatalysts+based+on+cobalt+phthalocyanine%2Fcarbon+nanotube+hybrid+structures%5BTitle%5D)+AND+%22Nat.+Commun%22%5BJournal%5D)">Highly selective and active CO2 reduction electrocatalysts based on cobalt phthalocyanine/carbon nanotube hybrid structures.</a> Nat. Commun. 8, 14675(2017).</li>
<li>Zhao, C. M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Ionic+Exchange+of+Metal+Organic+Frameworks+to+Access+Single+Nickel+Sites+for+Efficient+Electroreduction+of+CO2%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Ionic Exchange of Metal Organic Frameworks to Access Single Nickel Sites for Efficient Electroreduction of CO2.</a> J. Am. Chem. Soc. 139, 8078-8081 (2017).</li>
<li>Manthiram, K., Beberwyck, B. J., Aivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Enhanced+Electrochemical+Methanation+of+Carbon+Dioxide+with+a+Dispersible+Nanoscale+Copper+Catalyst%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Enhanced Electrochemical Methanation of Carbon Dioxide with a Dispersible Nanoscale Copper Catalyst.</a> J. Am. Chem. Soc. 136, 13319-13325 (2014).</li>
<li>Yang, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalytically+active+Au-O%28OH%29%28x%29-species+stabilized+by+alkali+ions+on+zeolites+and+mesoporous+oxides%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Catalytically active Au-O(OH)(x)-species stabilized by alkali ions on zeolites and mesoporous oxides.</a> Science. 346, 1498-1501 (2014).</li>
<li>Manthiram, K., Surendranath, Y., Alivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Dendritic+Assembly+of+Gold+Nanoparticles+during+Fuel-Forming+Electrocatalysis%5BTitle%5D)+AND+%22J.+Am.+Chem.+Soc%22%5BJournal%5D)">Dendritic Assembly of Gold Nanoparticles during Fuel-Forming Electrocatalysis.</a> J. Am. Chem. Soc. 136, 7237-7240 (2014).</li>
<li>Amini, S., Garay, J., Liu, G., Balandin, A. A., Abbaschian, R. <a target="_blank" href="http://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.3498815">Growth of large-area graphene films from metal-carbon melts.</a> J. Appl. Phys. 108, 094321(2010).</li>
<li>Krasheninnikov, A. V., Lehtinen, P. O., Foster, A. S., Pyykkö, P., Nieminen, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Embedding+Transition-Metal+Atoms+in+Graphene%3A+Structure%2C+Bonding%2C+and+Magnetism%5BTitle%5D)+AND+%22Phys.+Rev.+Lett%22%5BJournal%5D)">Embedding Transition-Metal Atoms in Graphene: Structure, Bonding, and Magnetism.</a> Phys. Rev. Lett. 102, 126807(2009).</li>
<li>Jiang, K., Siahrostami, S., Zheng, T., Hu, Y., Hwang, S., Stavitski, E., Peng, Y., Dynes, J., Gangishetty, M., Su, D., Attenkofer, K., Wang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Isolated+Ni+Single+Atoms+in+Graphene+Nanosheets+for+High-performance+CO2+Reduction%5BTitle%5D)+AND+%22Energy+Environ.+Sci%22%5BJournal%5D)">Isolated Ni Single Atoms in Graphene Nanosheets for High-performance CO2 Reduction.</a> Energy Environ. Sci. , Advance Article (2018).</li>
<li>Rodríguez-Manzo, J. A., Cretu, O., Banhart, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Trapping+of+Metal+Atoms+in+Vacancies+of+Carbon+Nanotubes+and+Graphene%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Trapping of Metal Atoms in Vacancies of Carbon Nanotubes and Graphene.</a> ACS Nano. 4, 3422-3428 (2010).</li>
<li>Jiang, K., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2451929417304047">Transition metal atoms in a graphene shell as active centers for highly efficient artificial photosynthesis.</a> Chem. 3, 950-960 (2017).</li>
<li>Jiang, K., Wang, H., Cai, W. B., Wang, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Li+Electrochemical+Tuning+of+Metal+Oxide+for+Highly+Selective+CO2+Reduction%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nano%22%5BJournal%5D)">Li Electrochemical Tuning of Metal Oxide for Highly Selective CO2 Reduction.</a> ACS Nano. 11, 6451-6458 (2017).</li>
<li>Jiang, K., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.7b02380">Silver Nanoparticles with Surface-Bonded Oxygen for Highly Selective CO2 Reduction.</a> ACS Sustain Chem. Eng. 5, 8529-8534 (2017).</li>
<li>Siahrostami, S., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acssuschemeng.7b03031">Theoretical Investigations into Defected Graphene for Electrochemical Reduction of CO2.</a> ACS Sustain Chem. Eng. 5, 11080-11085 (2017).</li>
<li>Jiang, K., et al. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/s41929-017-0009-x">Metal Ion Cycling of Cu Foil for Selective C-C Coupling in Electrochemical CO2 Reduction.</a> Nat. Catal. , (2017).</li>
</ol>

בתהליך electrospinning לעיל, יש לציין את שני הצעדים החשובים בהליכים סינתזת חומרים: 1) חימום התערובת DMF (שלב 1.1.2) והתאמת 2) משאבת קצב (שלב 1.2.2) כדי להתאים את קצב ספינינג. תמונת SEM ב איור 1A מציג את nanofibers שהושג פחמן מחוברים אחד עם השני (~ 200 ננומטר בקוטר). הם היו שבור לחתיכות קטנות על ידי כדור שעט על אפיוני כפי שמוצג באיור 1B. ני חלקיקים הופצו בצורה אחידה בתוך nanofibers פחמן. אטומי פחמן alloyed עם ני תחת temperature שמצע החוצה, היו מזורז על טופס שכבות...

המרת CO2 כימיקלים או דלקים באמצעות חשמל נקי הופך להיות חשוב יותר ויותר כמו מסלול פוטנציאליים כדי למנוע CO2 פליטות1,2,3,4, 5,6. עם זאת, יישום מעשי כיום קוראים תיגר על ידי פעילות נמוכה סלקטיביות של CO2 הפחתת התגובה (CO2RR) בשל המחסומים קינטית גבוהה ואת התחרות עם תגובת האבולוציה מימן (וורויקשייר) במימית מדיה. רוב הזרז מתכות מעבר מסורתיים, כגון Fe, Co, ו ני התערוכה סלקטיביות2RR CO נמוך עקב שלהם מעולה וורויקשייר פעילויות7,8. ביעילות כוונון תכונות החומר שלהם לשנות את המסלולים התגובה על אלה מזרזים מתכות מעבר הופכת קריטית לשיפור שלהם סלקטיביות2RR CO. בין שיטות שונות כדי לשנות את המאפיינים אלקטרונית של זרזים, פיזור אטומי המתכת לתוך מורפולוגיה אטום יחיד מושך תשומת אינטנסיבית לאחרונה עקב והתנהגותם קטליטי השתנה באופן דרמטי לעומת עמיתו בצובר שלהם 9 , 10 , 11. עם זאת, עקב ניידות גבוהה של אטומים מאוגדות, זה די מאתגר כדי להשיג אטומי המתכת יחיד ללא הנוכחות של חומרים תומכת. לכן, חומר מטריקס מארח עם פגמים שנוצרו כדי להגביל ולתאם עם אטומים מתכות מעבר הכרחי. זה יכול לפתוח הזדמנויות חדשות: 1) לכוון את המאפיינים אלקטרונית של מתכות המעבר CO2RR אתרים פעילים, וכן 2) במקביל לשמור על תיאום אטומי פשוטה יחסית ללימודי המנגנון הבסיסי. בנוסף, האטומים האלה מתכות מעבר לכוד בתוך סביבה חיכוכים לא ניתן בקלות להזיז במהלך זרז, אשר מונע את התגרענות או שחזורים של משטח האטומים שנצפתה רבים המקרים12,13 ,14.
מימדי בשכבות גרפן הוא עניין מיוחד מארח יחיד אטומי המתכת שלהם מוליכות גבוהה אלקטרון, לשחיקה וכתוצאה inertness CO2 הפחתת והן התגובות קטליטי שלה. חשוב מכך, Fe, Co, ומתכות ני היו ידועים כדי לעודד תהליך graphitization משורשרים פחמן על פני השטח שלהם,15. בקיצור, האלה מתכות המעבר סגסוגת עם פחמן במהלך התרמי בטמפרטורה גבוהה חישול תהליך. כאשר הטמפרטורה יורדת, פחמן מתחיל לזרז שלב alloying, זה מזורז על טופס שכבות גראפן על פני השטח של מתכות מעבר. במהלך תהליך זה, עם פגמים גרפן, שנוצר על ידי אטומי המתכת יחיד להיות לכוד בתוך פגמים גראפן כמו האתרים פעיל עבור CO2RR16,17,18,19. כאן, אנו מדווחים על פרוטוקול מפורט זה מתוך כוונה לעזור מתרגלים חדשים בתחום של זרז מאטום בודד, כמו גם בכדי לספק בהפגנה מפורשת של CO בעזרת2 הפחתת המוצר ניתוח. מידע נוסף ניתן למצוא ב שלנו מאמר שפורסם לאחרונה19 ו סדרת עבודות הקשורות20,21,22,23.

<table><tbody><tr><td>משאבת מזרק&nbsp;</td><td>KD Scientific</td><td>KDS-100</td><td></td></tr><tr><td>צינור פרננס</td><td>לינדברג/כחול M</td><td>TF55035A-1</td><td></td></tr><tr><td>טוחן כדור</td><td>SPEX SamplePrep</td><td>5100</td><td></td></tr><tr><td>תחנת עבודה אלקטרוכימית</td><td>BioLogic</td><td>VMP3</td><td></td></tr><tr><td>מד pH</td><td>Orion</td><td>320 PerpHecT&nbsp;</td><td>כיול 2 נקודות לפני השימוש</td></tr><tr><td>כרומטוגרף גז</td><td>Shimadzu</td><td>GC-2014</td><td>מערכת הפרדה משולבת המורכבת ממסננת מולקולרית 5A, Hayesep Q, Hayesep T ובקר זרימת מסה Hayesep N</td></tr><tr><td></td><td>Alicat Scientific&nbsp;</td><td>MC-50SCCM-D/5M</td><td></td></tr><tr><td>מערכת מים אולטרה-טהורים</td><td>Millipore</td><td>Synergy</td><td></td></tr><tr><td>מייבש ואקום&nbsp;</td><td>PolyLab</td><td>55205</td><td></td></tr><tr><td>פוליאקרילוניטריל</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>181315</td><td>Mw=150,000</td></tr><tr><td>polypyrrolidone</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>437190</td><td>Mw=1,300,000</td></tr><tr><td>Ni(NO3)26H2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>244074</td><td></td></tr><tr><td>dicyandiamide</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>D76609</td><td></td></tr><tr><td>דימתילפורממיד</td><td>סיגמא-אולדריץ'</td><td>227056</td><td></td></tr><tr><td>נייר סיבי פחמן&nbsp;</td><td>AvCarb</td><td>MGL370</td><td></td></tr><tr><td>Nafion 117 ממברנה</td><td>חנות תאי דלק</td><td>117</td><td>המשמשת כממברנה להחלפת פרוטונים בתא H</td></tr><tr><td>KHCO3</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>431583</td><td>מטוהר עוד יותר על ידי רדיד פלטינה אלקטרוליזה</td></tr><tr><td>&nbsp;</td><td>Beantown Chemical</td><td>126580</td><td></td></tr><tr><td>אלקטרודת קלומל רוויה</td><td>CH Instruments</td><td>CHI150</td><td></td></tr><tr><td>אלקטרודת פחמן זכוכית</td><td>HTW GmbH</td><td>SIGRADUR</td><td>1 ס"מ ופעמים; שעווה 2 ס"מ</td></tr><tr><td></td><td>Apiezon</td><td>W-W100</td><td></td></tr><tr><td>Nafion 117 תמיסת</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>70160</td><td>המשמשת כיונומר בהכנת דיו זרז&nbsp;</td></tr><tr><td>גיבוש גז</td><td>Airgas</td><td>UHP</td><td>5% H2 מאוזן עם Ar</td></tr><tr><td>פחמן דו חמצני</td><td>Airgas</td><td>LaserPlus</td><td></td></tr><tr><td>sandard גז</td><td>Airgas</td><td>מותאם אישית</td><td>500 ppm CO, 500 ppm CH4, 1000 ppm H2 מאוזן עם Ar</td></tr><tr><td>sandard גז</td><td>אוויר נוזלי</td><td>מותאם אישית</td><td>100 חל"מ H2, 100 חל"מ CO ואלקנים אחרים מאוזנים עם Ar</td></tr></tbody></table>

סינתזה, אפיוני ביצועים של מתכות מעבר מאטום בודד הזרז להפחתת2 co אלקטרוכימי

Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

פרוטוקול זה מציג הן את שיטת סינתזה של הזרז מאטום בודד ני, והן הבדיקות אלקטרוכימי של פעילות קטליטית, סלקטיביות להפחתת2 CO מימית. שונה nanocrystals מטאל מסורתי, הסינתזה של אטומי המתכת יחיד כרוך חומר מטריקס יכול להגביל אטומים בודדים אלה ולמנוע מהם צבירת. מדווחים על electrospinning ותרמית חישול שיטה להכין ני אטומים בודדים התפזרו ומתואמות במעטפת גרפן, מרכזים פעילים ועד CO הפחתת2 CO. במהלך הסינתזה, N dopants לשחק תפקיד קריטי ביצירת מקומות פנויים גראפן ללכוד אטומי ני. תיקון סטייה במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים סריקה וטומוגרפיה החללית אטום תלת מימדי הועסקו לזהות את האתרים אטומי ני יחיד בגראפן משרות פנויות. הגדרה מפורטים של אלקטרוכימי CO2 צמצום המנגנון יחד עם גז כרומטוגרפיה ופשוט הוא גם הפגין. בהשוואה ל ני מתכתי, Ni מאטום בודד זרז מוצג באופן דרמטי משופר הפחתת2 CO ומדוכאים H2 אבולוציה צד התגובה.

סריקה מיקרוסקופ אלקטרונים (SEM), סריקה במיקרוסקופ אלקטרונים הילוכים (גזע), אנרגיה-ואנליזת הספקטרומטריה (EDX) מיפוי תמונות מוצגים באיור 1 עבור אפיון מורפולוגיה נין-GS. אטום תלת מימדי בדיקה טומוגרפיה (3D-APT) התוצאות מוצגות באיור 2 לצורך זיהוי ישיר הפצה אתרים ני יחיד, כמו גם הסביבה הכימית השכן שלהם. בעזרת הגדרת המידות GC אלקטרוכימי והתוצאה מוצגים באיור 3 עבור כימות של מוצרי גז CO2RR.
<p ...

כאן, אנו מציגים פרוטוקול לסינתזה ומתואמות בדיקות אלקטרוכימי של מתכות מעבר אטומים בודדים במשרות פנויות גראפן מרכזים פעילים הפחתה סלקטיבית פחמן דו-חמצני כדי פחמן חד-חמצני בפתרונות מימית

סינתזה, אפיוני ביצועים של מתכות מעבר מאטום בודד הזרז להפחתת2 CO אלקטרוכימי

This protocol presents both the synthesis method of the Ni single atom catalyst, and the electrochemical testing of its catalytic activity and selectivity ...

המטרה הכוללת של הליך זה היא הכנה ביישום האלקטרוכימי של אטומים בודדים של מתכת מעבר המתואמים במקומות פנויים בגרפן לקראת הפחתת פחמן דו חמצני סלקטיבית בתמיסות מימיות. שיטה זו יכולה לעזור לענות על שאלות מפתח בתחום הפחתת CO2 אלקטרו-קטליטי לגבי הכנת זרזים וקביעת פעילות אטם המוצר. היתרון העיקרי של טכניקה זו הוא שניתן ללכוד אטומים בודדים בחללים פנויים של גרפן וחלקיקי הננו של מתכת המעבר יכולים להיות מוקפים בחוזקה בשכבות גרפן.כדי להתחיל את ההליך, בבקבוקון נצנוץ של 20 מיליליטר, שלב אפס נקודה חמישה גרם פוליאקרילוניטריל, אפס נקודה חמישה גרם פוליוויניל פירולידון, אפס נקודה חמישה גרם ניקל (II) הקסהידרט, ואפס נקודה גרם אחד של דידיאניאמיד, עם 10 מיליליטר דימתילפורממיד. מחממים את התערובת ל-80 מעלות צלזיוס ומערבבים עד לקבלת צבע צלול וירוק. הניחו לתערובת הסמן להתקרר לטמפרטורת החדר לאחר מכן.לאחר מכן, הרכיבו חתיכה של שמונה סנטימטרים על שמונה סנטימטרים של נייר סיבי פחמן בעובי של שלושה שבעה מילימטרים כמצע האיסוף במנגנון אלקטרו ספינינג קונבנציונאלי. שואבים חמישה מיליליטר מתערובת הסמן המקדים למזרק של חמישה מיליליטר. ציידו את המזרק במחט בגודל 19 אינץ', כקצה המסתובב והרכיבו את המזרק על משאבת מזרק.הגדר את המנגנון למרווח של 15 ס"מ בין המסתובב למשטח הקולט. חבר את המסוף החיובי של ספק כוח למחט, ואת המסוף השלילי למצ

synthesis-performance-characterizations-transition-metal-single-atom

Research

JoVE Journal

Chemistry

כימיה

"שיטת ציפוי קרמי נשלפת" מוצגת בפורמט ויזואלי לסינתזה של ננו-חלקיקי קרביד וניטריד מתכתיים מוקדמים שאינם מסונטרים ומסתיימים במתכת עם גדלים ומבני גביש ניתנים לכוונון.

סינתזה בתיווך Microemulsion הפוכה של monometallic ובי-המתכתי המוקדם מעבר מתכת קרביד ניטריד חלקיקים

שיטה הכנה עדינה של אלקטרודות באמצעות חומר בתפזורת Fe 4.5 Ni 4.5 S 8 מוצג. שיטה זו מספקת טכניקה חלופית כדי ייצור אלקטרודה קונבנציונאלי ומתאר תנאים מוקדמים עבור חומרים אלקטרודה בלתי קונבנציונאלי כולל בדיקה פשוטה שיטת electrocatalytic.

שיטות פשוטות להכנת הלא אצילי מתכת בתפזורת אלקטרודות עבור יישומים Electrocatalytic

הכנת ועריכת בדיקות Pt/C תא דלק זרזים כפוף דיון מתמשך בקהילה המדעית הפארמצבטית, מומלצת. עם העבודה שהוצגו, בכוונתנו להציג הדרכה שלב אחר שלב כדי להפוך ולבדוק זרזים Pt/C, אשר יכול לשמש בחינת ביצועים עבור מערכות זרז הרומן.

על ההכנה ובדיקה של זרזים תא דלק בשיטת סרט דק סיבוב הדיסק אלקטרודה

כאן אנו מציגים פרוטוקול לסינתזה של ננו-חלקיקי Co הנתמכים בננו-צינוריות פחמן עם דופנטים Co ו-N לייצור מימן.

סינתזה של ננו-חלקיקי מתכת הנתמכים על ננו-צינוריות פחמן עם אטומי Co ו-N מסוממים ויישומיה הקטליטיים בייצור מימן

הפרוטוקול מתאר כיצד לנטר אירועים אלקטרוכימיים על ננו-חלקיקים בודדים באמצעות ספקטרוסקופיית פיזור ראמאן משופרת על פני השטח והדמיה.

מעקב אחר אלקטרוכימיה על ננו-חלקיקים בודדים באמצעות ספקטרוסקופיית פיזור ראמאן משופרת פני השטח ומיקרוסקופ

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

פרוטוקול זה מנחה את הייצור והניתוח האלקטרוכימי של אלקטרו-קטליזטורים דו-מתכתיים CuZn ו-NiCo הנתמכים על ידי MXene לייצור דלק ירוק מפחמן דו חמצני ומים באמצעות אנרגיה סולארית.

ייצור דלק ירוק אלקטרוכימי מונע שמש מ-CO2 ומים באמצעות זרזי CuZn ו-NiCo נתמכיTi 3C2T x MXene

סינתזה, הפעלה, ואפיון של חומרי מסגרת מתכת אורגנית במכוון נועדו הוא מאתגרת, במיוחד כאשר אבני בניין הוא הפולימורפים לא תואמים או לא רצויים הם העדיפו thermodynamically על צורות הרצויות. אנו מתארים כיצד יישומים של שער סייע ממס מקשר, עקיפה X-ray אבקה בנימים והפעלה באמצעות CO 2 ייבוש סופר קריטי, יכולים לתת מענה לחלק מהאתגרים האלה.

מסגרות סינתזה ואפיון של פונקציונליות מתכת אורגנית

אנו מציגים שיטה לשליטה באנרגיית הפנים של מתכת נוזלית באלקטרוליט באמצעות תצהיר אלקטרוכימי (או הסרה) של שכבת תחמוצת פני השטח. שיטה פשוטה זו יכולה לשלוט בהתנהגות הנימים של מתכות נוזליות מבוססות גליום על ידי כוונון אנרגיית הפנים במהירות, באופן משמעותי והפיך באמצעות מתחים צנועים.

שיטה למניפולציות מתח פנים של מתכת נוזלית באמצעות חמצון פני שטח והפחתה

ההמרה של חומצה טרנס-פרולית לוונילין הושגה על ידי קטליזה הטרוגנית. HKUST-1 שימש בסינתזה זו והשלב החיוני בתהליך הקטליטי היה יצירת אתרי מתכת בלתי רוויים. לפיכך, כאשר הזרז הופעל בוואקום, התקבלה המרת ונילין מלאה (תשואה של 95%).

HKUST-1 כמנוף הטרוגניות לסינתזה של ונילין

למד סינתזה של אטומי מתכת מעבר בודדים בחסרי גרפן להפחתה אלקטרוכימית סלקטיבית של CO2 ל-CO. שיטה זו מאפשרת לכוד אטומים בודדים ולחקור יעילות זרזים בתמיסות מימיות.

סינתזה, אפיוני ביצועים של מתכות מעבר מאטום בודד הזרז להפחתת₂ CO אלקטרוכימי

גלה סרטונים נוספים