Sintesi e caratterizzazione di Fe-drogato Alluminosilicato nanotubi con una maggiore Electron proprietà conduttive

L'obiettivo generale di questa procedura è quello di sintetizzare nanotubi di alluminosilicato drogato con ferro del tipo imogolite con proprietà tessiturali e superficiali definite e una banda proibita ridotta rispetto all'imogolite propria. Questo metodo consente la preparazione di nanotubi drogati con ferro con il contenuto massimo di ferro dell'1,4 per cento in peso, mediante sintesi diretta o carico post-sintesi. Il principale vantaggio del drogaggio post-sintesi è la semplicità della procedura.

Poiché il drogaggio avviene per scambio ionico di alluminio nella superficie esterna di nanotubi preformati. Un'importante conseguenza del drogaggio del ferro è che la banda proibita dell'imogolite viene abbassata da 4,9 a 2,8 a 2,4 elettronvolt, il che è particolarmente rilevante per le applicazioni fotocatalitiche e semiconduttrici. Il ferro superficiale su tre lati forma condotti con coloranti azoici anionici, che possono essere utilizzati per studiare le interazioni elettrostatiche e dei leganti sulle superfici dei nanotubi.

Questa dimostrazione di questo metodo è fondamentale in quanto la formazione di nanotubi dipende strettamente dall'utilizzo delle condizioni di sintesi appropriate. Per iniziare la sintesi dei nanotubi, in un ambiente asciutto, mettere 187,7 millilitri di acqua distillata doppia in un becher da due litri. Aggiungere 1,3 millilitri di acido perclorico al 70% per ottenere una soluzione da 80 millimolari e posizionare il composto su una piastra di agitazione.

Utilizzando una pipetta graduata, mettere otto millilitri di tri-sec-butossido di alluminio in un piccolo becher. Aggiungere 3,8 millilitri di ortosilicato tetraetile con un'altra pipetta graduata e mescolare delicatamente fino a quando il composto non sarà chiaro e incolore. Un leggero eccesso di TEOS, rispetto al rapporto stechiometria silicio/alluminio, deve essere utilizzato per prevenire la formazione preferenziale di altre fasi.

Aggiungere la miscela ATSB TEOS, versare una goccia nella soluzione di acido perclorico mescolando. Continuate a mescolare per 18 ore fino ad ottenere un composto trasparente. Aggiungere 1,3 litri di acqua distillata doppia alla miscela di agitazione.

Continuate a mescolare per 20 minuti. Mettere la miscela diluita in un reattore autoclave in PTFE a pareti spesse e scaldare a 100 gradi Celsius per quattro giorni per polimerizzare la miscela. La diluizione della miscela di reazione è fondamentale perché la condensazione dell'acido ortosilicico ostacola la formazione di nanotubi.

La temperatura ottimale dovrebbe essere compresa tra 95 e 100 gradi. Diminuendo la temperatura si riduce la formazione di nanotubi, mentre aumentando la temperatura si formano impurità. Dopo il riscaldamento, raccogliere i nanotubi in un filtro da 0,02 micron.

Lavare i nanotubi con acqua distillata doppia e osservare il solido filtrato. Essiccare i nanotubi in forno a 50 gradi Celsius per un giorno per ottenere nanotubi di imogolite sotto forma di polvere bianca. Per iniziare il caricamento post-sintesi, disperdere 0,25 grammi di nanotubi IMO in 15 millilitri di acqua doppia distillata.

Aggiungere 0,025 grammi di ferro tre cloruro esaidrato e mescolare il composto per 18 ore. Quindi aggiungere tre millilitri di acqua e 1,5 millilitri di idrossido di ammonio alla miscela bruno-rossastra per precipitare le specie di osso-idrossido di ferro. Filtrare la miscela, lavare i solidi con acqua distillata doppia e asciugare a 120 gradi Celsius per 48 ore per isolare i nanotubi di ferro-L-IMO.

Per iniziare la sintesi di nanotubi drogati con ferro, in un ambiente secco, sciogliere 0,1 grammi di ferro tre cloruro esaidrato in 190 millilitri di una soluzione di acido perclorico da 80 millimolari in acqua distillata doppia mescolando. Preparare una miscela di otto millilitri di ATSB e 3,8 millilitri di TEOS utilizzando pipette graduate. E poi aggiungere il composto goccia a goccia alla soluzione di ferro mescolando.

Controllare che il pH del composto sia quattro e poi mescolare il composto per 18 ore fino ad ottenere un composto bruno-rossastro. Aggiungere 1,3 litri di acqua distillata doppia alla miscela e mescolare per un'ora. Versare quindi il composto in un reattore autoclave in PTFE.

Chiudere il reattore e scaldare il composto in forno a 100 gradi Celsius per quattro giorni. Raccogliere i solidi, lavare con acqua distillata doppia e asciugare i solidi a 50 gradi Celsius durante la notte per isolare i nanotubi di ferro 0,70 IMO. In un matraccio tarato, preparare 200 millilitri di soluzione di acido 0,67 millimolare di arancia sette in acqua distillata doppia.

Il pH della soluzione finale dovrebbe essere 6,8. Riempire una cuvetta e acquisire uno spettro UV-Vis di trasmissione della soluzione colorante come riferimento di partenza. Determinare l'intensità della banda di 484 nanometri corrispondente al tautomero di idrazone dell'arancio acido sette.

Per ogni campione, mettere 50 millilitri di soluzione colorante in 50 milligrammi di nanotubi isolati in una bottiglia scura e iniziare ad agitare la miscela. Dopo cinque minuti, preparare una provetta e centrifugare cinque millilitri di miscela a 835 volte G per tre minuti. Decantare il surnatante e determinare l'intensità della banda dei 484 nanometri.

Lasciare agitare il campione per tre giorni, centrifugando e analizzando porzioni del campione a orari prestabiliti. Monitorare l'intensità della banda di 484 nanometri per determinare la quantità di colorante adsorbito nei nanotubi nel tempo. La spettroscopia UV-Vis indica la sostituzione isomorfa del ferro tre più per l'alluminio ottaedrico tre più in tutti i NT drogati con ferro.

carico post-sintesi favorisce la formazione di cluster di osso-idrossido di ferro, sebbene i cluster siano osservati anche in NT sintetizzati con un contenuto di ferro più elevato. Il comportamento della carica superficiale degli NT drogati con ferro è simile a quello degli NT IMO non drogati, tuttavia, la capacità di rimuovere un colorante anionico dalla soluzione a pH 6,8 varia. Il comportamento di plateau nei NT di ferro 1.4 e ferro 0.7 è attribuito alla formazione di addotti coloranti di ferro.

Le differenze di area superficiale e volume indicano che il carico post-sintesi colpisce principalmente la superficie esterna del NT. Si presume quindi che i cluster di osso-idrossido occupino una grande proporzione della superficie ferro-L NT. Limitare la superficie disponibile per il colorante ingombrante.

Si ritiene che la banda proibita diminuisca in tutte le NT drogate con ferro. Si ritiene che i cluster di osso idrossido di ferro riducano la banda proibita dell'IMO, che è in accordo con le NT ferro-L che hanno la banda proibita più piccola. Ma la transizione da d a d dai cluster può rendere più difficile la determinazione della banda proibita.

Durante il tentativo di questa procedura, è importante utilizzare un ambiente privo di umidità quando si lavora con ATSB. Utilizzando un ambiente asciutto, è possibile misurare il precursore di silicio e alluminio con pipetta graduata evitando l'idrolisi dell'ATSB. Seguendo questa procedura, il comportamento associato di altri composti può essere studiato per rispondere a ulteriori domande sulla loro attività di nanotubi drogati con ferro, come l'attività fotocatalitica nei confronti di inquinanti organici nell'acqua.

Lo sviluppo della tecnica di carico post-sintesi apre la possibilità di esplorare la sostituzione di cationi simili per l'alluminio sulla superficie esterna dell'imogolite mediante un semplice scambio ionico. Dopo aver visto questo video dovresti capire come sintetizzare e valutare nanotubi drogati con ferro reattivo tre siti coordinati su una superficie.