強化された電子導電特性を持つFeドープアルミノシリケートナノチューブの合成とキャラクタリゼーション

この手順の全体的な目標は、明確なテクスチャーおよび表面特性を持ち、適切なイモゴライトに対してバンドギャップが減少したイモゴライトタイプの鉄ドープアルミノケイ酸塩ナノチューブを合成することです。この方法では、最大鉄含有量が1.4重量%の鉄ドープナノチューブを、直接合成または合成後ローディングにより調製できます。合成後ドーピングの主な利点は、手順の単純さです。

ドーピングは、予め形成されたナノチューブの外表面におけるアルミニウムのイオン交換によって起こる。鉄ドーピングの重要な結果は、イモゴライトのバンドギャップが4.9から2.8、2.4電子ボルトに低下することであり、これは特に光触媒および半導体のアプリケーションに関連しています。表面の鉄の3面は陰イオン性アゾ染料でダクトを形成し、ナノチューブ表面での静電および配位子の相互作用を調べるために使用できます。

この方法の実証は、ナノチューブの形成が適切な合成条件の使用に厳密に依存するため、非常に重要です。ナノチューブ合成を開始するには、乾燥した環境で、187.7ミリリットルの二重蒸留水を2リットルのビーカーに入れます。1.3ミリリットルの70%過塩素酸を加えて80ミリモル溶液を得て、混合物を攪拌板に置きます。

目盛り付きのピペットを使用して、8ミリリットルのアルミニウムトライセックブトキシドを小さなビーカーに入れます。別の目盛り付きピペットで3.8ミリリットルのオルトケイ酸テトラエチルを加え、混合物が透明で無色になるまで穏やかに攪拌します。シリコンとアルミニウムの化学量論の比率に関して、わずかに過剰なTEOSを使用して、他の相の優先的な形成を防ぐ必要があります。

ATSB TEOS混合物を、攪拌しながら過塩素酸溶液にゆっくりと滴下します。18時間攪拌を続けて、透明な混合物を得ます。攪拌混合物に1.3リットルの二重蒸留水を加えます。

20分間攪拌を続けます。希釈した混合物を厚肉のPTFEオートクレーブ反応器に入れ、摂氏100度で4日間加熱して重合します。オルトケイ酸の縮合がナノチューブの形成を妨げるため、反応混合物の希釈は非常に重要です。

最適な温度は95度から100度の間である必要があります。温度を下げるとナノチューブの形成が減少し、温度が上昇すると不純物が形成されます。加熱後、ナノチューブを0.02ミクロンのフィルターに集めます。

ナノチューブを二重蒸留水で洗浄し、ろ過された固体を観察します。ナノチューブを50°Cのオーブンで1日乾燥させ、白色粉末としてのイモゴライトナノチューブを得る。合成後のローディングを開始するには、0.25グラムのIMOナノチューブを15ミリリットルの二重蒸留水に分散させます。

0.025グラムの鉄3塩化六水和物を加え、混合物を18時間攪拌します。次に、赤褐色の混合物に3ミリリットルの水と1.5ミリリットルの水酸化アンモニウムを加えて、オキソ水酸化鉄種を沈殿させます。混合物をろ過し、固体を二重蒸留水で洗浄し、摂氏120度で48時間乾燥させて、鉄-L-IMOナノチューブを単離します。

鉄ドープナノチューブの合成を開始するには、乾燥した環境で、0.1グラムの鉄3塩化六水和物を80ミリリットルの過塩素酸溶液190ミリリットルに攪拌して二重蒸留水に溶解します。目盛り付きピペットを使用して、8ミリリットルのATSBと3.8ミリリットルのTEOSの混合物を調製します。次に、攪拌しながら混合物を鉄溶液に賢く滴下します。

混合物のpHが4であることを確認してから、混合物を18時間攪拌して赤褐色の混合物を得ます。混合物に1.3リットルの二重蒸留水を加え、1時間攪拌します。次に、混合物をPTFEオートクレーブ反応器に注ぎます。

反応器を閉じ、混合物を100°Cのオーブンで4日間加熱します。固形物を回収し、二重蒸留水で洗浄し、固形物を摂氏50度で一晩乾燥させて、鉄0.70 IMOナノチューブを単離します。メスフラスコに、200ミリリットルの0.67ミリモル酸オレンジセブン溶液を二重蒸留水で調製します。

最終溶液のpHは6.8である必要があります。キュベットを充填し、色素溶液の透過UV-Visスペクトルを開始基準として取得します。酸性オレンジセブンのヒドラゾン互変異性体に対応する484ナノメートルバンドの強度を決定します。

各サンプルについて、50ミリリットルの色素溶液を50ミリグラムの単離ナノチューブに暗いボトルに入れ、混合物の攪拌を開始します。5分後、チューブを準備し、混合物の5ミリリットルをGの835倍で3分間遠心分離します。上清をデカントし、484ナノメートルバンドの強度を決定します。

サンプルを3日間攪拌し、サンプルの一部を設定した時間に遠心分離して分析します。484ナノメートルのバンド強度をモニターして、ナノチューブに吸着する色素の量を経時的に測定します。拡散反射剤UV-Vis分光法は、すべての鉄ドープNTで、鉄3プラスが八面体アルミニウム3プラスに同型置換されることを示しています。

合成後のローディングは、オキソ水酸化鉄クラスターの形成に有利に働きますが、このクラスターは鉄含有量の高いNTにも見られます。鉄ドープNTの表面電荷挙動は、ドープされていないIMO NTと同様ですが、pH 6.8溶液からアニオン性色素を除去する能力は異なります。鉄1.4および鉄0.7NTのプラトー化挙動は、鉄色素付加物の形成に起因します。

表面積と体積の違いは、合成後のローディングが主にNTの外面に影響を与えることを示しています。したがって、オキソ水酸化物クラスターは、鉄-L NT表面の大部分を占めると推定される。かさばる染料に利用できる表面積を制限する。

バンドギャップは、鉄ドープNTのすべてで減少し、鉄オキソ水酸化物クラスターはIMOのバンドギャップを減少させると考えられており、これはバンドギャップが最小の鉄LNTと一致しています。しかし、クラスターからの d から d への遷移により、バンドギャップの決定がより困難になる可能性があります。

この手順を試行する際、ATSBで作業するときは湿気のない環境を使用することが重要です。乾燥した環境を利用することで、ATSBの加水分解を避けながら、目盛り付きピペットでシリコンとアルミニウムの前駆体を測定することができます。この手順に従うと、他の化合物の関連する挙動を調査して、水中の有機汚染物質に対する光触媒活性など、鉄ドープナノチューブの活性に関する追加の質問に答えることができます。

合成後ローディング技術の開発により、単純なイオン交換により、イモゴライト外面におけるアルミニウムの類似陽イオンの置換を探求する可能性が開かれます。このビデオを見れば、表面上の反応性鉄3配位サイトを持つ鉄ドープナノチューブを合成し、評価する方法を理解できるはずです。