Au、Pd、およびソリューションに基づく還元を介して Pt エアロゲルの迅速合成法

この方法は、あらかじめ形成されたナノ粒子からではなく、水溶液から金属エアロゲルを直接合成する可能性に関するエアロゲル分野の重要な質問に答えるのに役立ちます。ゾルゲルなどの他の方法では、ナノ粒子の合体にはるかに長い時間が必要です。この技術の意味は、貴金属エアロゲルの高い表面積と支持材料の不足により、触媒作用およびセンシングアプリケーションにまで及びます。

この方法は、直接エアロゲル合成に関する洞察を得ることができますが、バイオテンプレートなどの他の合成技術にも適用して、エアロゲルモノリスの形状制御を改善することもできます。手順を開始するには、脱イオン水に塩化金(III)三水和物とテトラクロロパラジン酸ナトリウムの0.1モル溶液をそれぞれ2ミリリットル調製します。.溶液を激しく振って渦巻き、塩を溶かします。

パラジウム溶液を数時間放置して、完全に溶解させます。脱イオン水とエタノールの1対1容量の混合物に0.1モルのヘキサクロロ白金酸カリウムを2ミリリットル調製します。塩が溶けるまで混合物を激しく振って渦

脱イオン水にジメチルアミンボランと水素化ホウ素ナトリウムの0.1モル溶液をそれぞれ10ミリリットル調製します。溶液を1〜2分間ボルテックスして、完全に溶解します。次に、0.5ミリリットルの金溶液を1.7ミリリットルまたは2ミリリットルの微量遠心チューブに移します。

0.5ミリリットルのDMABをチューブに強制的にピペットで入れ、塩と還元剤を迅速に混合します。マイクロ遠心チューブをラックに入れ、キャップを開けたままにして水素ガスを逃がします。同様に、0.5ミリリットルのプラチナ溶液を0.5ミリリットルのDMABと、0.5ミリリットルのパラジウム溶液を0.5ミリリットルの水素化ホウ素ナトリウムと組み合わせます。

反応開始から約5分後、微量遠心チューブにキャップをし、金属ゲルの一部ではない金属粒子の合体を助けるために、3〜5回静かに反転させます。すぐにチューブのキャップを外し、反転させた後はラックに戻します。新生金属ゲルを還元剤溶液中に3〜6時間放置すると、金属イオンが完全に還元され、表面の自由エネルギーが最小限に抑えられます。

次に、各チューブから余分な還元剤を慎重に取り除き、半月板がゲルに接触しないように十分な溶液が残っていることを確認します。脱イオン水を完全に満たすまで、脱イオン水をマイクロ遠心チューブにゆっくりとピペットで入れます。次に、3本の50ミリリットルの円錐管に脱イオン水を入れます。

各微量遠心チューブを脱イオン水のチューブに浸し、各ゲルを微量遠心チューブから大きなチューブにスライドさせます。必要に応じて、へらでゲルをそっと動かします。チューブにキャップをし、ゲルを脱イオン水に24時間放置します。

12時間後に溶剤交換により水を交換します。水を交換する間、メニスカスがゲルに接触しないようにしてください。湿った金属ゲルのEIS手順を開始するには、メニスカスがすすいだゲルに接触しないように、できるだけ多くの水を取り除きます。

各チューブに50ミリリットルの0.5モル塩化カリウムを加え、ゲルを24時間浸します。次に、細い毛のブラシで1mmのカリウム線電極に非反応性漆を塗り、先端を4〜5mm露出させます。漆を20分間乾かします。

同じように、少なくとももう1回漆を塗ります。次に、50ミリリットルの円錐形チューブを半分にカットして、電気化学バイアルとして機能します。飽和銀-塩化銀参照電極と0.5mmカリウムワイヤー対電極を、改質チューブ用の穴あきキャップまたはガスケットに挿入します。

3つの電極をポテンショスタットに接続します。ゲルの1つとその電解質を改質チューブに移し、電解質と平衡化したゲルを液体と空気の界面に接触させないようにチューブに穏やかに注ぎます。ゲルがチューブの底に落ち着いていることを確認し、必要に応じて電解質を追加します。

次に、キャップをチューブに取り付け、必要に応じて基準電極と対電極を調整します。ゴールドゲルの場合は、ラッカーコーティングされた作用電極のむき出しの先端をゲルにそっと挿入します。パラジウムゲルとプラチナゲルの場合、ラッカーコーティングされた作用電極を内面に沿って円錐形のバイアルに置き、金属ゲルをむき出しのプラチナワイヤーの先端の上に置きます。

100メガヘルツから1ミリヘルツの周波数で、10ミリボルトの振幅の正弦波を使用して、ポテンショスタティックEISスキャンを実行します。電流がオーバーフローした場合は、同じ周波数範囲と100〜200ミリアンペアの正弦波の振幅を持つガルバノスタティックEISを使用します。電気化学的特性評価に続いて、ゲル合成の終了時に説明したように、ゲルを脱イオン水で24時間すすぎます。

次に、半月板がゲルに接触しないように、できるだけ多くのリンスを取り除きます。ゲルをマイナス80°Cで30分間凍結します。最後に、4パスカル以下の圧力設定値で凍結乾燥機でゲルを凍結乾燥し、金属エアロゲルを得る。

金、パラジウム、および白金のエアロゲルはすべて特徴的な疎水性を示し、より遅い合成技術によって形成されたゲルに匹敵する特性を持っていました。走査型電子顕微鏡は、金エアロゲルが大きなナノ細孔と滑らかな靭帯を有することを示しました。パラジウムおよび白金エアロゲルは、融合ナノ粒子とより細い靭帯を備えたビーズオンアストリング構造を持っていました。

白金エアロゲルは、パラジウムエアロゲルよりもマクロ細孔構造直径の範囲が広く、これは、合体を促進するためにエタノールの使用を必要とする白金ナノ粒子の安定性と、その結果としてゲル形成中の大きな水素ガス泡発生の容易さに起因する。X線回折では、検出可能な酸化物がなく、それぞれの金属に特徴的なピークが示されました。窒素ガス物理吸着等温線は、メソポーラス材料の特徴であるタイプIVでした。

等温線からモデル化された細孔径分布と累積細孔容積は、主に2〜50ナノメートルの範囲の細孔サイズを示し、エアロゲルがメソ多孔性であることが確認されました。電気化学的インピーダンススペクトルは、修正されたランドルの等価回路モデルに基づく伝送線路モデルに適合しました。比容量と比表面積は、EIS データから計算しました。

これらの値は、サイクリックボルタンメトリー実験から決定された比静電容量と表面積と一致していました。私たちはまず、100ミリモルの貴金属溶液と還元剤を他のプロジェクトのために組み合わせて、それらを廃棄し、金属ゲルの急速な形成を観察することに基づいて、この方法のアイデアを開発しました。この技術を習得すると、すすぎと乾燥のステップの数分以内に貴金属ゲルを作ることができます。

この手順を試行する際は、ゲルの圧縮を防ぐために、金属ゲルが液体-空気界面に接触しないように注意してください。この手順に続いて、エアロゲル形状制御の課題に対処するために、バイオテンプレートなどの他の方法を実行することができます。