Reverse Sintesi Microemulsione mediata di Monometallic e bimetallico precoce transizione metallo carburo e nitruro di nanoparticelle

L'obiettivo generale di questa procedura è sintetizzare nanoparticelle di carburo di metallo di transizione non centrate e con terminazione metallica. Questo risultato si ottiene innanzitutto incapsulando nanoparticelle di ossido di metallo di transizione mono o bimetalliche in gusci di silice mediante una microemulsione inversa. Il secondo passaggio consiste nel carbonizzare le nanoparticelle utilizzando un forno tubolare.

In questo passaggio, l'idrogeno molecolare riduce le nanoparticelle di ossido metallico incapsulate rimuovendo gli ossigeni del reticolo sotto forma di acqua molecolare a temperature più elevate. Successivamente, il metano si decompone sulla superficie del metallo e si intercala nel reticolo formando il carburo. L'ultimo passaggio consiste nell'eliminare i gusci di silice utilizzando una soluzione a temperatura ambiente contenente un mezzo fluorurato acquoso.

In definitiva, la microscopia elettronica a trasmissione e altre analisi come la diffrazione a raggi X su polvere e la spettroscopia fotoelettronica a raggi X sono utilizzate per dimostrare che le nanoparticelle sono carburi puri di fase, non centrati e terminanti con metallo. I principali vantaggi di questa tecnica rispetto ai metodi esistenti, come l’impregnazione umida su nero di carbonio con incapsulamento in una matrice di nitruro di carbonio, sono che la dimensione e la composizione delle particelle possono essere finemente regolate prima dei trattamenti termici e che le nanoparticelle risultanti possono essere disperse su qualsiasi supporto catalitico ad alta area superficiale senza esporre il supporto a condizioni forti di carbonizzazione o di neutralizzazione. Per preparare la microemulsione inversa, aggiungere prima 240 millilitri di eptano anidro in un pallone da un litro pulito e precedentemente essiccato in stufa, contenente una barretta magnetica anch’essa essiccata in stufa, utilizzando un cilindro graduato pulito ed essiccato in stufa; quindi aggiungere 54 millilitri di etere laurilico poliossetilenico; sotto agitazione costante, aggiungere infine 7,8 millilitri di acqua deionizzata ultrapura sotto agitazione costante.

Utilizzando una pipetta, aggiungere da 0,1 a 0,5 millilitri di idrossido di ammonio di grado reagente all'emulsione, se desiderato. Per ridurre il tempo di idrolisi, sigillare il pallone con un tappo di gomma e parafina e lasciare mescolare l'emulsione microbica inversa per almeno 10 minuti. Successivamente, preparare una soluzione alcolica di precursore di alluminato metallico e eptano.

Posizionando innanzitutto un pallone da 250 millilitri pulito e asciutto in un guanto a azoto secco, aggiungere 12 millilitri di tantalato di isopropile al 5% peso/volume in isopropanolo utilizzando una siringa pulita e asciutta; a questo punto, altri ossidi metallici possono essere aggiunti utilizzando una cannula pulita e asciutta. Trasferire 120 millilitri di eptano anidro nel pallone da 250 millilitri contenente la soluzione di ossido metallico.

Successivamente, utilizzando una cannula pulita e asciutta in forno, trasferire la soluzione alcolica di ossido di metallo elk e eptano nell'emulsione microinversa sotto costante agitazione nell'arco di 10 minuti. Dopo quattro ore, utilizzare una siringa pulita e asciutta per iniettare 1,4 millilitri di idrossido di ammonio di grado reagente nella soluzione goccia a goccia. Quindi, utilizzando un'altra siringa pulita e asciutta, iniettare 1,2 millilitri di ortosilicato di tetraetile di grado reagente goccia a goccia.

Dopo 16,5 ore, rimuovere il tappo di gomma e utilizzare un cilindro graduato pulito e asciutto per aggiungere 300 millilitri di metanolo alla soluzione sotto costante agitazione. Dopo 10 minuti di agitazione, rimuovere la barretta magnetica e lasciare sedimentare la soluzione per un'ora, quindi decantare le fasi liquide in un contenitore per rifiuti organici e raccogliere la fase solida costituita dagli ossidi metallici incapsulati nella silice in provette centrifughe pulite da 50 millilitri, prima di ulteriori elaborazioni come descritto nel protocollo testuale per carbonizzare la polvere di ossidi metallici incapsulati nella silice in un'atmosfera di metano e idrogeno, caricare la polvere di ossidi metallici incapsulati in calcio e silice in un crogiolo in ceramica non smaltata di Illumina e posizionarlo all'interno di un forno a tubo di quarzo. Spurgare il forno a tubo di quarzo con azoto per almeno 30 minuti per rimuovere l'ossigeno.

Inoltre, eseguire un controllo di tenuta spruzzando acqua saponata su tutti i giunti, quindi carbonizzare la polvere di ossido metallico incapsulata in silice utilizzando un tasso di riscaldamento di due gradi Celsius al minuto fino a 850 gradi Celsius per quattro ore in un flusso di 120 centimetri cubici standard al minuto, o SCCM, di idrogeno e 33 SCCM di metano, al fine di formare carburi metallici incapsulati in silice. Dopo quattro ore, interrompere il flusso di metano e mantenere la polvere a 850 gradi Celsius per un'ora in soli 120 SCCM di idrogeno per rimuovere l’eccesso di carbonio superficiale prima della dissoluzione della silice in fluoruro di ammonio, per ottenere carburi metallici stabili in ambiente acido. Pesare 200 milligrammi di carburi metallici incapsulati in silice e inserirli in un contenitore in polipropilene sigillabile da 30 millilitri, dotato di un’asta magnetica rivestita in Teflon.

Se si desidera depositare le nanoparticelle su un supporto catalitico ad alta area superficiale, come ad esempio carbonio nero o nanotubi di carbonio, pesare il materiale e aggiungerlo al contenitore ermetico in polipropilene. Successivamente, aggiungere 20 millilitri di acqua deionizzata ultrapura e iniziare a mescolare per formare una sospensione. Pesare quindi cinque grammi di bifluoruro di ammonio o un VF e aggiungerli alla miscela in agitazione.

Dopo aver sigillato, la dissoluzione dell'A BF in acqua nel contenitore di polipropilene è endotermica, quindi la temperatura della soluzione diminuirà per garantire una completa dissoluzione della silice e una buona dispersione delle nanoparticelle sul supporto del catalizzatore. Arrestare la reazione dopo 16 ore aggiungendo idrossido di ammonio di grado reagente goccia a goccia per neutralizzare la soluzione di A BF fino a un pH compreso tra sei e sette. Prestare attenzione poiché questa reazione è esotermica; versare la miscela neutralizzata in un tubo da centrifuga e centrifugare a 2056 volte G per 10 minuti.

Qui sono mostrate immagini rappresentative di microscopia elettronica a trasmissione di nanoparticelle di ossido di metalli di transizione precoci, con rivestimento multiplo e singolo, incapsulate in gusci di silice. Qui, immagini rappresentative di microscopia elettronica a trasmissione mostrano nanoparticelle di carburo metallico incapsulate in silice dopo la carbonizzazione, con diverse distribuzioni dimensionali delle nanoparticelle di carburo metallico. Un'immagine rappresentativa al microscopio elettronico a trasmissione in scansione di nanoparticelle di carburo di tungsteno non centrate e con terminazione metallica, disperse su un supporto di nero di carbonio dopo la rimozione dei gusci di silice, è mostrata qui.

Dopo aver visto questo video, dovresti avere una buona comprensione di come sintetizzare nanoparticelle di carburo e nitrato di metalli di transizione terminate con metalli non centrali utilizzando un approccio di incapsulamento in silicio mediato da micro-movimento inverso.