不溶性塩針テンプレートの化学的還元を通じて、正方形の断面を有する多孔性白金ベースマクロチューブ及びマクロビームを得るための合成法を提示する。
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この記事について
サマリー
要約
高い表面積の多孔質貴金属ナノ材料の合成は、一般的に、形成前のナノ粒子の時間のかかる合体に依存し、その後、すすりと超臨界乾燥ステップが続き、しばしば機械的に脆弱な材料をもたらす。ここでは、不溶性塩針テンプレートから正方形の断面を用いて、ナノ構造の多孔質白金ベースマクロチューブおよびマクロビームを合成する方法を提示する。逆に帯電した白金、パラジウム、銅正方形の平板イオンの組み合わせにより、不溶性塩針の急速な形成が生じます。塩テンプレートに存在する金属イオンの化学還元率と化学還元剤の選択に応じて、マクロチューブまたはマクロビームのいずれかが融合ナノ粒子またはナノフィブリルのいずれかで構成される多孔性ナノ構造で形成される。マクロチューブおよびマクロビームの元素組成は、X線回折法とX線光電子分光法で決定され、塩鋳型に存在する金属イオンの量論比によって制御される。マクロチューブおよびマクロビームは、自由な立体フィルムに押し込まれ、電気化学的に活性な表面積は、電気化学的インピーダンス分光法および環状ボルタンメトリーで決定される。この合成方法は、結合材料を必要としない自立フィルムに押し込まれる可能性のある調整可能なナノ構造および元素組成を有する、白金ベースのマクロチューブおよびマクロビームを高表面積にする、比較的高速なアプローチを示す。
概要
高い表面積を得るために数多くの合成方法が開発されているが、主に燃料電池1を含む触媒用途用の白金系多孔質系材料である。このような材料を達成するための1つの戦略は、単分散ナノ粒子を球体、立方体、電線、チューブ2、3、4、5の形で合成することです。離散ナノ粒子を機能デバイス用の多孔質構造に統合するために、ポリマー結合剤および炭素添加剤がしばしば6,7を必要とする。この戦略は、余分な処理ステップ、時間を必要とし、質量特異的性能の低下、ならびに拡張デバイス使用時のナノ粒子の凝集を引き起こす可能性がある8.もう一つの戦略は、合成されたナノ粒子の合体を、その後の超臨界乾燥9、10、11で金属ゲルに駆動することです。貴金属に対するゾルゲル合成アプローチの進歩は、数週間から数時間または数分の速さでゲル....
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プロトコル
注意: 使用前に、関連するすべての化学安全データシート(SDS)を参照してください。化学反応を行う際には適切な安全慣行を使用して、ヒュームフードと個人用保護具の使用を含めます。電気化学的還元中の急速な水素ガスの進化は、反応管内の高圧を引き起こし、キャップが飛び出し、溶液が噴霧される可能性があります。プロトコルで指定されたように、反応管キャップが開いたままであることを確認します。ヒュームフードですべての電気化学的還元を行います。
1. マグナスの塩誘導体テンプレートの調製
注:長期保存は塩構造の劣化をもたらすので、すべての塩テンプレートは、調製後数時間以内に化学的に削減する必要があります。この方法は、各白金ベースのマクロチューブおよびマクロビーム製品について説明する。特定の製品収量をさらに得るために、塩テンプレートと還元剤溶液の反復セットを使用して方法を実施してください。
- 金属塩溶液を準備します。
- K2PtCl4 から10 mLの脱イオン水の0.4151 gを加え、0.1 M(100 mM)の溶液を調製します。
- 0.3521 gの Pt(NH3)4Cl22 ∙H2O を 10 mL の脱イオン水に加え、0.1 M ....
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結果
逆に帯電した正方形の平坦な貴金属イオンの添加は、高アスペクト比塩結晶のほぼ瞬時形成をもたらす。正方形の平坦イオンの線形積層を図1に概略的に示し、偏光光学顕微鏡画像は10から100の長さの塩の針を明らかにする。白金、パラジウム、銅塩の溶液に100mMの濃度を使用しました。塩針テンプレートは、全カチオンとアニオン電荷が等しいという形で中性電荷を有するが、得られた塩針のストイチオメトリーは、イオンの三次組み合わせによって変化させることができる。例えば、白金パラジウム塩テンプレートの量は、それぞれ1:1、3:1、および5:1の相対的な白金対パラジウム比の場合、Pt2+:P d2-:P t2-比1:1:0、2:1:1、3:1:2の割合で変化した。同様に、Pt2-:P t2+:Cu2+ 1:0:1、3:1:2、2:1:1、および1:1:0の比率で、それぞれ1:1、2:1、3:1、および1:0のPt:Cu比が得られた。塩針の平均長さは、異種イオンの比率によって変.......
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ディスカッション
この合成方法は、結合材料を必要としない自立フィルムに押し込まれる可能性のある調整可能なナノ構造および元素組成を有する、白金ベースのマクロチューブおよびマクロビームを高表面積にする、比較的高速なアプローチを示す。高アスペクト比針状テンプレートとしてのマグナスの塩誘導体の使用は、塩テンプレートのトイチオメトリーを介して得られた金属組成を制御する手段を提供し、還元剤の選択と組み合わせると、マクロチューブおよびマクロビーム多孔質側壁および断面構造のナノ構造を制御する。合成方法は、テンプレートを形成するために使用される塩分比を変更することによって変化することができる:Pt2+:P t2-、Pt2+:P d2-:P t2-、およびPt2-:P t2+:Cu2+。この方法に重要なのは、貴金属の正方形の平面カチオンおよび陰イオンの添加に起因する塩針テンプレートの形成である。塩の形成は、脱イオン水の使用を必要とする不純物およびpHに敏感であることが分かった。また、反応管を上限としな.......
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開示事項
著者らは開示するものは何もない。
謝辞
この作品は、米国陸軍士官学校教員開発研究基金の助成金によって資金提供されました.著者らは、アメリカ陸軍戦闘能力開発司令部のクリストファー・ヘインズ博士の支援に感謝している。著者らはまた、ニューヨーク州ウォーターヴリートの米陸軍CCDC軍備センターでFIB-SEMを使用したジョシュア・マウラー博士に感謝したいと考えています。
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材料
| 名前 | 会社 | カタログ番号 | コメント |
|---|---|---|---|
| 50mLコニカルチューブ | Corning Costar Corp. | 430290 | |
| Ag/AgCl 参照電極 | BASi | MF-2052 | |
| Cu(NH3)4SO4Ÿ&ブル;H2O | Sigma-Aldrich | 10380-29-7 | |
| ジメチルアミンボラン (DMAB) | Sigma-Aldrich | 74-94-2 | |
| K2PtCl4 | Sigma-Aldrich | 10025-99-7 | |
| Miccrostop Lacquer | Tober Chemical Division | NA | |
| Na2PdCl4 | Sigma-Aldrich | 13820-40-1 | |
| NaBH4 | Sigma-Aldrich | 16940-66-2 | |
| 偏光光学顕微鏡 | AmScope | PZ300JC | |
| Potentiostat | Biologic-USA | VMP-3 | 電気化学分析-EIS、CV |
| Ptワイヤー電極 | BASi | MF-4130 | |
| Pt(NH3)4Cl2Ÿ&ブル;H2O | Sigma-Aldrich | 13933-31-8 | |
| 走査型電子顕微鏡 | FEI | Helios 600 | EDS このSEM |
| シェルフロッカー | Thermo Scientific | Vari-Mix™プラットフォームロッカー | |
| キャップマイクロ遠心チューブ、1.7 mL | パーマーUX-06333-60 | ||
| X線回折計 | PanAlytical | Empyrean | X線回折計 |
| X線光電子分光計 | ULVAC PHI - Physical Electronics | VersaProbe III |
参考文献
- Chen, A., Holt-Hindle, P. Platinum-Based Nanostructured Materials: Synthesis, Properties, and Applications. Chemical Reviews. 110 (6), 3767-3804 (2010).
- Narayanan, R., El-Sayed, M. A. Shape-Dependent Catalytic Activity of Platinum Nanoparticles ....
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再版と許可
