Een “verwijderbare keramische coatingmethode” wordt in visuele vorm gepresenteerd voor de synthese van niet-gesinterde en metaal-getermineerde monometallische en bimetallische vroege overgangsmetaalcarbide en -nitride nanodeeltjes met instelbare grootten en kristalstructuren.
Een abonnement op JoVE is vereist om deze inhoud te bekijken. Log in of start vandaag met uw gratis proefperiode.
Methodenartikel
Reverse-micro-emulsie gemedieerde synthese van monometallische en bimetaal Vroege Transition Metal Carbide en nitride Nanodeeltjes
In dit artikel
Samenvatting
Samenvatting
Een omgekeerde micro-emulsie wordt gebruikt om monometallische of bimetaal vroege overgang metaaloxide nanodeeltjes in microporeuze silica schelpen te kapselen. De silica ingekapseld metaaloxide nanodeeltjes worden vervolgens carbureren in een methaan / waterstof atmosfeer bij temperaturen boven 800 ° C tot-silica ingekapseld vroege overgangsmetaal carbide nanodeeltjes te vormen. Tijdens de carburatie proces silica shells voorkomen sinteren van aangrenzende carbide nanodeeltjes als behandeling die de afzetting van overtollige oppervlak koolstof. Alternatief kan de silica ingekapseld metaaloxide nanodeeltjes worden nitridized in een ammoniak atmosfeer bij temperaturen boven 800 ° C silica-ingekapselde vroege overgangsmetaalnitrideheterocomplex nanodeeltjes. Door de reverse micro-emulsie parameters, de dikte van de silica schelpen en carburization / nitridation omstandigheden het overgangsmetaal carbide of nitride nanodeeltjes kan worden afgestemd op verschillende maten, samenstellingen, eennd kristalfasen. Na carburisering of nitridation, worden de siliciumoxide schalen verwijderd met behulp van een bij kamertemperatuur waterige ammonium- bifluoride oplossing of 0,1 om 0,5 M NaOH-oplossing bij 40-60 ° C. Terwijl silica schelpen oplossen, een grote oppervlakte, zoals roet kunnen worden aan deze oplossingen toegevoegd ondersteunde vroeg overgangsmetaal carbide of nitride nanodeeltjes te verkrijgen. Wanneer geen grote oppervlakte wordt toegevoegd, dan de nanodeeltjes kan worden opgeslagen als een nanodispersie of gecentrifugeerd om nanopowder verkrijgen.
Inleiding
Vroege overgang metaalcarbiden (TMC) zijn low-cost, aarde-overvloedige materialen die een hoge thermische en elektrochemische stabiliteit evenals unieke katalytische activiteiten vertonen. 03/01 In het bijzonder, wolfraamcarbide (WC) en molybdeen carbide (Mo 2 C) hebben uitvoerig onderzocht op hun katalytische overeenkomsten met de platina-groep metalen (PGM). 4,5 Door deze gunstige eigenschappen, zijn TMC geïdentificeerd als kandidaten voor de vervanging van dure PGM katalysatoren in nieuwe technologieën voor hernieuwbare energie, zoals biomassa conversie, brandstofcellen, en elektrolyseurs. 6,7
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Protocol
1. Synthese van silica-ingekapselde monometallische of bimetaal Metal Oxide Nanodeeltjes
- Bereid het omgekeerde micro-emulsie
- Voeg 240 ml watervrij n-heptaan om een schone, oven-gedroogde 1 L rondbodemkolf (RBF) die een oven gedroogde magnetische roerstaaf met een schone, ovengedroogd maatcilinder.
- Voeg 54 ml polyoxyethyleen (4) laurylether het n-heptaan onder constant roeren.
Opmerking: Door de hoge viscositeit en lage oppervlaktespanning van deze oppervlakteactieve moet een schone, droge 60 ml injectiespuit worden gebruikt om nauwkeurige volumes in plaats van een maatcilinder verkrijgen. - Voeg 7,8 ml ultrazuiver, gedeï....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Resultaten
In de eerste stap van het protocol, het doel is om de monometallische of bimetalen overgangsmetaaloxide (TMO) NP binnen microporeuze silica bolletjes kapselen. Figuur 1 toont foto's genomen van representatieve syntheses voor en na precipitatie met methanol. Twee reproduceerbare morfologische resultaten zijn waargenomen tijdens deze stap die worden weergegeven afhankelijk van de metalen die in de synthese worden: de TMO NP kunnen afzonderlijk worden bekleed met silica bol (figuur 2b).......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Discussie
Een werkwijze voor het synthetiseren van niet-gesinterd metaal beëindigd overgangsmetaal carbide en nitride nanodeeltjes met instelbare afmetingen en structuur wordt hier gepresenteerd 26 Kritische stappen van de werkwijze omvatten:. Met een vochtvrije RBF de verdunde metaal alkoxide precursor bevatten, vermeden alkalimetaal- onzuiverheden tijdens alle stappen, het neerslaan van de RME met een overmaat methanol in plaats van aceton of isopropanol, het uitvoeren van een goede lek controleren voordat carbureren.......
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Openbaarmakingen
De auteurs hebben niets te onthullen.
Dankbetuigingen
Dit werk werd gesponsord door de Divisie Chemische Wetenschappen, Geowetenschappen en Biowetenschappen, Office of Basic Energy Sciences, Office of Science, U.S. Department of Energy, subsidienummer DE-FG02-12ER16352. S.T.H. dankt de National Science Foundation voor de financiële ondersteuning via de National Science Foundation Graduate Research Fellowship onder subsidienummer 1122374.
....Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Materialen
| Naam | Bedrijf | Catalogusnummer | Opmerkingen |
|---|---|---|---|
| n-heptaan | Sigma-Aldrich | 246654 | |
| polyoxyethyleen (4) lauryleether | Sigma-Aldrich | 235989 | Brij® L4 |
| wolfraam (VI) isopropoxide | Alfa Aesar | 40247 | W(VI)IPO |
| wolfraam (VI) chloride | Sigma-Aldrich | 241911 | Voor het bereiden van W(VI)IPO, zelfgemaakt |
| wolfraam (IV) chloride | Strem Chemicals | 74-2348 | Voor het bereiden van W(IV)IPO, zelfgemaakt |
| tantaal (V) isopropoxide | Alfa Aesar | 40038 | Ta(V)IPO |
| niobium (V) isopropoxide | Alfa Aesar | 36572 | Nb(V)IPO |
| nikkel (II) methoxyethoxide | Alfa Aesar | 42377 | Ni(II)MEO |
| titanium (IV) isopropoxide | Sigma-Aldrich | 87560 | Ti(IV)IPO |
| molybdeen (V) isopropoxide | Alfa Aesar | 39159 | Mo(V)IPO |
| molybdeen (V) chloride | Sigma-Aldrich | 208353 | Voor het bereiden van Mo(V)IPO, zelfgemaakt |
| tetraethyl orthosilicaat | Sigma-Aldrich | 333859 | TEOS |
| ammoniumhydroxide | Sigma-Aldrich | 320145 | |
| methanol | Sigma-Aldrich | 34860 | |
| watervrij isopropanol | Sigma-Aldrich | 278475 | Voor het bereiden van zelfgemaakte alkoxiden |
| ammonium bifluoride | Sigma-Aldrich | 224820 | |
| ruwkool | Cabot Corp. | Vulcan® XC72R | |
| Methaan | AirGas | ME R300 | |
| Waterstof | AirGas | HY UHP300 | |
| Ammoniak | AirGas | AM AH80N705 | |
| Kwartsbuisoven | MTI Corp. | OTF-1200X-S-UL |
Referenties
- Oyama, S. T. The Chemistry of Transition Metal Carbides and Nitrides. , Blackie. (1996).
- Michalsky, R., Zhang, Y. -J., Medford, A. J., Peterson, A. A. Departures from the Adsorption Energy Scaling Relations for Metal Carbide Catalysts. J. Phys. Chem. C. 118 (24), 13026-13034....
Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.
Herprints en machtigingen
