Methodenartikel

Een salt-templated synthesemethode voor op poreuze platina gebaseerde macrobalken en macrobuisjes

DOI:

10.3791/61395

⸱

18 mei 2020

 ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Chemistry and Life Science, United States Military Academy, 2Photonics Research Center, United States Military Academy, 3U.S. Army Combat Capabilities Development Command-Armaments Center, 4United States Army Research Laboratory-Sensors and Electron Devices Directorate, 5Department of Mathematical Sciences, United States Military Academy

In dit artikel

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Een synthesemethode om poreuze op platina gebaseerde macrobuizen en macrobalken met een vierkante doorsnede te verkrijgen door chemische reductie van onoplosbare zoutnaaldensjablonen wordt gepresenteerd.

Samenvatting

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De synthese van hoge oppervlakte poreuze edele metalen nanomaterialen is over het algemeen afhankelijk van tijdrovende coalescentie van voorgevormde nanodeeltjes, gevolgd door spoelen en superkritische droogstappen, vaak resulterend in mechanisch kwetsbare materialen. Hier wordt een methode gepresenteerd om nanogestructureerde poreuze platinagebaseerde macrobuisjes en macrobalken te synthetiseren met een vierkante doorsnede van onoplosbare zoutnaaldsjablonen. De combinatie van tegengesteld geladen platina, palladium en koper vierkante planaire ionen resulteert in de snelle vorming van onoplosbare zoutnaalden. Afhankelijk van de stoichiometrische verhouding van metaalionen die in de zoutsjabloon aanwezig zijn en de keuze van chemisch reducerend middel, vormen macrobuizen of macrobalken zich met een poreuze nanostructuur bestaande uit gesmolten nanodeeltjes of nanofibrils. De elementaire samenstelling van de macrobuisjes en macrostralen, bepaald met röntgendifractometrie en röntgenfotoelectronspectroscopie, wordt gecontroleerd door de stoichiometrische verhouding van metaalionen die in de zoutsjabloon aanwezig zijn. Macrobuisjes en macrostralen kunnen in vrijstaande films worden geperst en het elektrochemisch actieve oppervlak wordt bepaald met elektrochemische impedantiespectroscopie en cyclische voltammetrie. Deze synthesemethode toont een eenvoudige, relatief snelle aanpak om op hoog oppervlak platina gebaseerde macrobuizen en macrostralen te bereiken met een tunable nanostructuur en elementaire samenstelling die in vrijstaande films kunnen worden geperst zonder vereiste bindende materialen.

Inleiding

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Er zijn tal van synthesemethoden ontwikkeld om materialen met een hoog oppervlak te verkrijgen, poreuze op platina gebaseerde materialen, voornamelijk voor katalysetoepassingen, waaronder brandstofcellen1. Een strategie om dergelijke materialen te bereiken is het synthetiseren van monodisperse nanodeeltjes in de vorm van bollen, kubussen, draden en buizen2,3,4,5. Om de afzonderlijke nanodeeltjes te integreren in een poreuze structuur voor een functioneel apparaat, zijn vaak polymere bindmiddelen en koolstofadditieven vereist6,7. Deze strategie vereist extra verwerkingsstappen, tijd en kan leiden tot een afname van de massaspecifieke prestaties, evenals agglomeratie van nanodeeltjes tijdens langdurig apparaatgebruik8. Een andere strategie is om de coalescence van gesynthetiseerde nanodeeltjes te drijven in een metalen gel met daaropvolgende superkritische drogen9,10,11. Terwijl de vooruitgang in de sol-gel synthese benadering voor edele metalen heeft verminderd gelatie tijd van weken tot zo snel als uren of minuten, de resulterende monolieten hebben de neiging om mechanisch kwetsbaar belemmeren hun praktische gebruik in apparaten12.

Platinalegering en multimetaal 3-dimensionale poreuze nanostructuren bieden nietigheid voor katalytische specificiteit en pakken de hoge kosten en relatieve schaarste van platina13,14aan . Hoewel er tal van meldingen van platina-palladium15,16 en platina-koper17,18,19 discrete nanostructuren, evenals andere legering combinaties20, zijn er weinig synthese strategieën om een oplossing op basis van techniek voor 3-dimensionale platina legering en multi-metalen structuren te bereiken.

Onlangs hebben we aangetoond dat het gebruik van hoge concentratie zout oplossingen en het verminderen van middelen om snel goud, palladium, en platina metalen gels21,22. De zoutoplossingen met hoge concentratie en reducerende middelen werden ook gebruikt bij het synthetiseren van biopolymeer edele metalen composieten met gelatine, cellulose en zijde23,24,25,26. Onoplosbare zouten vertegenwoordigen de hoogste concentraties van ionen die beschikbaar zijn om te worden verminderd en werden door Xiao en collega's gebruikt om de synthese van 2-dimensionale metaaloxiden27,28aan te tonen . Uitbreiding van de demonstratie van poreuze edele metalen aerogels en composieten uit hoge concentratie zout oplossingen, en gebruik te maken van de hoge dichtheid van de beschikbare ionen van onoplosbare zouten, gebruikten we Magnus 'zouten en derivaten als vorm sjablonen om poreuze edele metalen macrotubes en macrostralen29,30, 31,32te synthetiseren .

Magnus' zouten verzamelen zich uit de toevoeging van tegengesteld geladen vierkante vlakke platina ionen [PtCl4]2- en [Pt(NH3)4]2+ 33. Op dezelfde manier komen de zouten van Vauquelin voort uit de combinatie van tegengesteld geladen palladiumionen, [PdCl4]2- en [Pd(NH3)4]2+ 34. Met voorloperzoutconcentraties van 100 mM vormen de resulterende zoutkristallen naalden 10s tot 100s micrometer lang, met vierkante breedtes van ongeveer 100 nm tot 3 μm. Terwijl de zout-sjablonen zijn lading neutraal, het variëren van de Magnus 'zout derivaten stoichiometrie tussen ionensoorten, op te nemen [Cu (NH(NH 3)4]2 +, maakt controle over de resulterende verminderde metaalverhoudingen. De combinatie van ionen, en de keuze van chemische reducerende agent, resulteren in macrobuisjes of macrobeams met een vierkante dwarsdoorsnede en een poreuze nanostructuur bestaande uit gesmolten nanodeeltjes of nanofibrils. Macrobuisjes en macrostralen werden ook in vrijstaande films geperst en elektrochemisch actieve oppervlakte werd bepaald met elektrochemische impedantiespectroscopie en cyclische voltammetrie. De zoutsjabloonbenadering werd gebruikt om platina macrobuisjes29, platina-palladium macrobeams31te synthetiseren , en in een poging om de materiaalkosten te verlagen en katalytische activiteit af te stemmen door koper, koper-platina macrobuizen32op te nemen . De zout-templating methode werd ook aangetoond voor Au-Pd en Au-Pd-Cu binaire en ternaire metalen macrobuizen en nanofoams30.

Hier presenteren we een methode om platina, platina palladium en koper-platina bi-metallic poreuze macrobuisjes en macrobalken te synthetiseren van onoplosbare Magnus' zoutnaald sjablonen29,31,32. Controle van de ionenstometrie in de zoutnaaldensjablonen biedt controle over de resulterende metaalverhoudingen na chemische reductie en kan worden geverifieerd met röntgendifractometrie en röntgenfoto-spectroscopie. De resulterende macrobuisjes en macrostralen kunnen worden geassembleerd en gevormd tot een vrijstaande film met handdruk. De resulterende films vertonen hoge elektrochemisch actieve oppervlaktes (ECSA) bepaald door elektrochemische impedantiespectroscopie en cyclische voltammetrie in H2SO4 en KCl elektrolyt. Deze methode biedt een syntheseroute om de metaalsamenstelling, porositeit en nanostructuur op basis van platina te regelen op een snelle en schaalbare manier die generaliserend kan zijn voor een breder scala aan zoutsjablonen.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

LET OP: Raadpleeg alle relevante chemische veiligheidsinformatiebladen (SDS) voor gebruik. Gebruik de juiste veiligheidspraktijken bij het uitvoeren van chemische reacties, waaronder het gebruik van een rookkap en persoonlijke beschermingsmiddelen. Snelle waterstofgasevolutie tijdens elektrochemische reductie kan leiden tot hoge druk in reactiebuizen waardoor doppen pop en oplossingen uit te spuiten. Zorg ervoor dat de reageerbuisdoppen open blijven zoals gespecificeerd in het protocol. Voer alle elektrochemische reducties uit in een rookkap.

1. Magnus' zoutderivaten sjabloon voorbereiding

OPMERKING: Alle zoutsjablonen moeten binnen een paar uur na de bereiding chemisch worden verminderd, omdat langdurige opslag resulteert in een afbraak van zoutstructuur. Deze methode beschrijft elk platina-gebaseerde macrotube- en macrostraalproduct. Voer de methode uit met het repliceren van zoutsjablonen en het verminderen van agentoplossingen om extra specifieke productopbrengst te verkrijgen.

  1. Bereid metaalzoutoplossingen voor.
    1. Voeg 0,4151 g K2PtCl4 tot 10 mL gedeïmiseerd water toe om een 0,1 M (100 mM) oplossing van "Pt2-"voor te bereiden.
    2. Voeg 0,3521 g Pt(NH3)4Cl2∙H2O tot 10 mL gedeïmiseerd water toe om een 0,1 M (100 mM) oplossing van "Pt2+"voor te bereiden.
    3. Voeg 0,2942 g Na2PdCl4 tot 10 mL gedeïmiseerd water toe om een 0,1 M (100 mM) oplossing van "Pd2-"voor te bereiden.
    4. Voeg 0,2458 g Cu(NH3)4SO4∙H2O tot 10 mL gedeïmiseerd water toe om een 0,1 M (100 mM) oplossing van "Cu2+"voor te bereiden.
    5. Krachtig schudden en vortex platina en koper zout oplossingen om te helpen bij de ontbinding van de zouten totdat ze volledig zijn opgelost.
  2. Bereid platina zout naald sjablonen.
    1. Om Magnus' zouten voor te bereiden met een 1:1 Pt2+:P t2-verhouding, pipet 0,5 mL van 100 mM K2PtCl4 in een microfugebuis. Krachtig pipet 0,5 mL van 100 mM Pt(NH3)4Cl2∙H2O in de microfuge buis voor een totaal van 1 mL van zout naald sjabloon oplossing.
      LET OP: De oplossing presenteert een ondoorzichtige lichtgroene kleur. Het gebruik van 50 mM K2PtCl4 en Pt(NH3)4Cl2∙H2O zal resulteren in langere en bredere zoute naalden voor grotere platina macrotubes na chemische reductie29. Krachtig pipetten is het volledig reagensvolume binnen 1 s afgeven om een snelle vermenging van chemicaliën in microfugebuizen te garanderen.
  3. Bereid platina-palladium zout naald sjablonen.
    OPMERKING: Zoutsjabloon platina-palladium ion ratio's zijn aangeduid als Pt2 +:P d2-:P t2-. De platinazouten die in stap 1.2.1 worden bereid. gelijk aan een verhouding van 1:0:1.
    1. Om de zoutverhouding 1:1:0 voor te bereiden, pipet 0,5 mL van 100 mM Pt(NH3)4Cl2∙H2O in een microfuge buis. Krachtig pipet 0,5 mL van 100 mM Na2PdCl4 in de microfuge buis voor een totaal van 1 mL van zout naald sjabloon oplossing.
    2. Om de zoutverhouding 2:1:1 voor te bereiden, pipet 0,25 mL van 100 mM Na2PdCl4 en 0,25 mL van 100 mM K2PtCl4 in een microfugebuis. Vortex de microfuge buis voor 3-5 s. Dan krachtig pipette 0,5 mL van 100 mM Pt(NH3)4Cl2∙H2O in de microfuge buis voor een totaal van 1 mL van zout naald sjabloon oplossing.
    3. Om een zoutsjabloonoplossing van 3:1:2 voor te bereiden, u pipet 0,167 mL van 100 mM Na2PdCl4 en 0,333 mL van 100 mM K2PtCl4 in een microfugebuis. Vortex de microfuge buis voor 3-5 s. Dan krachtig pipette 0,5 mL van 100 mM Pt(NH3)4Cl2∙H2O in de microfuge buis voor een totaal van 1 mL zout naald sjabloon oplossing.
      OPMERKING: De hogere verhouding van platina in de zoutsjablonen moet een groenere kleur opleveren, terwijl het verhogen van het palladiumgehalte resulteert in meer oranje, roze en bruine kleur in de oplossing. Oplossingen zullen ondoorzichtig zijn in uiterlijk.
  4. Bereid koper-platina zout naald sjablonen.
    OPMERKING: Salt template copper-platinum ion ratio's zijn aangewezen als Pt2-:P t2+:Cu2+. De verhouding 1:1:0 komt overeen met de zouten die alleen platina zijn bereid in stap 1.2.1.
    1. Om de zoutverhouding 1:0:1 voor te bereiden, pipet 0,5 mL van 100 mM K2PtCl4 in een microfugebuis. Krachtig pipet 0,5 mL van 100 mM Cu(NH3)4SO4∙H2O in de microfuge buis voor een totaal van 1 mL zout naald sjabloon oplossing.
    2. Ter voorbereiding van de zoutverhouding 3:1:2, pipet 0,167 mL van 100 mM Pt(NH3)4Cl2∙H2O en 0,333 mL van 100 mM Cu(NH3)4DUS4· H2O in een microfuge buis. Vortex de microfuge buis voor 3-5 s. Dan krachtig pipette 0,5 mL van 100 mM K2PtCl4 in de microfuge buis voor een totaal van 1 mL van zout naald sjabloon oplossing.
    3. Ter voorbereiding van de zoutverhouding 2:1:1, pipet 0,25 mL van 100 mM Pt(NH3)4Cl2∙H2O en 0,25 mL van 100 mM Cu(NH3)4SO4· H2O in een microfuge buis. Vortex de microfuge buis voor 3-5 s. Dan krachtig pipette 0,5 mL van 100 mM K2PtCl4 in de microfuge buis voor een totaal van 1 mL zout naald sjabloon oplossing.
    4. Om de zoutverhouding 1:1:0 voor te bereiden, pipet 0,5 mL van 100 mM Pt(NH3)4Cl2∙H2O in een microfuge buis. Krachtig pipet 0,5 mL van 100 mM K2PtCl4 in de microfuge buis voor een totaal van 1 mL zout naald sjabloon oplossing.
      OPMERKING: De combinatie van koper- en platinaionen vormt een paarse, troebele oplossing die niet zo ondoorzichtig is als de oplossingen van stappen 1.2 en 1.3. Als u oplossingen van Magnus' zouten gedurende 24 uur of langer achterlaat, worden de sjablonen afgebroken en veranderd in een paars-grijze of zwarte kleur.
  5. Gepolariseerde optische microscoop (POM) beeldvorming van zoutnaaldensjablonen
    1. Pipette 0,05 mL zoutsjabloonoplossingen bereid in stappen 1.2 – 1.4 op een glazen schuif en monteren op het podium van een gepolariseerde optische microscoop. Pas de focus op zoutnaalden en draai kruis polarisatoren tot de achtergrond zwart is.
      OPMERKING: Als zoutoplossingen geen naaldachtige structuren met POM-beeldvorming vertonen, controleert u de waterkwaliteit die wordt gebruikt voor de bereiding van zoutoplossingen. De vorming van de zoute naald is gevoelig voor zowel hoge als lage pH.

2. Zoutsjabloon chemische reductie

LET OP: DMAB is giftig. Vermijd het inademen van stof en huidcontact door het dragen van PBM en het uitvoeren van alle bijbehorende taken in een rookkap.

  1. Oplossingen voor het verminderen van agenten voorbereiden
    1. Voeg 0,7568 g natriumborohydride (NaBH4) toe aan 200 mL gedeïmiseerd water in een bekerglas van 500 mL om een NaBH4-oplossing van 0,1 M (100 mM) voor te bereiden. Roeroplossing met een spatel tot de NaBH4 volledig is opgelost.
    2. Giet 50 mL nabh4-oplossing in een conische buis van 50 mL. Herhaal 3x.
    3. Voeg 1.1768 g dimethylamine borane (DMAB) toe aan 200 mL gedeïoniseerd water in een bekerglas van 500 mL om een DMAB-oplossing van 0,1 M (100 mM) voor te bereiden.
    4. Giet 50 mL 0,1 M DMAB-oplossing in een conische buis van 50 mL. Herhaal 3x.
  2. Zouten toevoegen aan reduceeroplossingsoplossingen
    1. In een rookkap, pipette het gehele volume van 1 mL van elk van de zoutsjabloon oplossingen van stappen 1.2 en 1.3 in elk van 4 x 50 mL conische buizen van 0,1 M NaBH4 verminderend middel. Laat de chemische reductie 24 uur aanhouden met de dop van de buis.
    2. In een rookkap, pipette het gehele volume van 1 mL van elk van de zoutsjabloon oplossingen van Stap 1.4 in elk van 4 x 50 mL conische buizen van 0,1 M DMAB verminderend middel. Laat de elektrochemische reductie 24 uur aanhouden met de dop van de buis.
      OPMERKING: Bij de toevoeging van de 1 mL van Magnus's zouten, zal het reducerende middel een troebel-zwarte kleur draaien en beginnen met het krachtig vormen van waterstofgas. Het verlaten van de conische buisdoppen uit voorkomt de opbouw van waterstof gas druk en potentiële explosie en spuiten van de oplossingen. Losse parafilm of folie kan over de buizen worden geplaatst als stofverontreiniging een punt van zorg is.
  3. Spoelen verminderde macrobuisjes en macrobalken
    1. Na 24 uur van vermindering, langzaam decanteren de supernatant van elk van de verminderde 50 mL chemische reducerende oplossingen in een afvalcontainer en zorg ervoor dat de monsters niet te gieten uit de buizen.
    2. Giet elk van de neerslag in nieuwe 50 mL conische buizen. Het gebruik van een spatel kan nodig zijn om monster te verjagen dat aan de zijwanden van de buis wordt vastgehangen. Vul elk van de nieuwe buizen met 50 mL gedeïmiseerd water en plaats op een tuimelschakelaar met buisdoppen die 24 uur op een lage stand zijn bevestigd.
    3. Verwijder de buizen van de tuimelschakelaar en plaats rechtop in een reageerbuis rek gedurende 15 minuten om de monsters te sediment. Giet langzaam de supernatant van de bovenkant van het buismonster in een afvalcontainer. Navulbuis met 50 mL gedeïmiseerd water en plaats op een tuimelschakelaar met buisdoppen die voor nog eens 24 uur zijn vastgezet.
    4. Verwijder buizen van de tuimelschakelaar en plaats rechtop in een reageerbuis rek gedurende 15 minuten. Giet de supernatant van de bovenkant van de buis in een afvalcontainer.
      LET OP: De supernatant zal een heldere of grijze kleur zijn en het neerslag zal een zwart en over het algemeen sediment naar de bodem van de conische buizen zijn. Als het gieten van de supernatant ageert en het gereduceerde product opnieuw inneemt, plaats de buis rechtop in een rek en wacht ongeveer 15 minuten voordat u weer giet. Een klein volume water blijft gemengd met het product.

3. Macrotube- en macrobeamfilms voorbereiden

  1. Drogen van de monsters op glazen platen
    1. Pipette zoveel mogelijk supernatant uit de 50 mL buizen zonder het verwijderen van het reductieproduct.
    2. Breng met behulp van een spatel het neerslagmateriaal voorzichtig over op een glazen schuif. Met behulp van een spatel, consolideren van het monster in een stapel met een uniforme hoogte van ongeveer 0,5 mm.
      OPMERKING: Hoe meer water uit het 50 mL buismonster wordt verwijderd voordat het gereduceerde materiaal naar de glazen schuif wordt overgebracht, hoe gemakkelijker de overdracht is. Hierdoor gedraagt het materiaal zich meer als een pasta. Monsterconsolidatie en uniforme hoogtehulpmiddelen bij het persen van films na het drogen.
    3. Plaats glazen platen met de gereduceerde monsters op een plaats die niet zal worden verstoord door luchtstromen. Droge monsters gedurende 24 uur bij omgevingstemperatuur.
      OPMERKING: Als er meer monster nodig is voor x-ray diffractie (XRD), scanning elektronenmicroscopie (SEM), cyclische voltammetrie (CV) of andere tests, kunnen meerdere verlaagde monsters van dezelfde zoutverhouding worden geconsolideerd op dezelfde glazen schuif om te drogen.
  2. Het persen van monsters en het masseren van de materialen
    1. Plaats een tweede glazen schuif op de top van een dia met gedroogde massa van verminderde monsters. Druk met de vingers met veel kracht (ongeveer 200 kPa) op de glazen schuif boven het materiaal om een dunne film van macrobuizen of macrobalken te vormen.
      LET OP: Het indrukken van het gereduceerde materiaal tussen glazen platen moet resulteren in een vrijstaande film. Af en toe resulteert het indrukken van de gedroogde massa van macrobuizen of macrobalken in meerdere filmfragmenten. Films kunnen worden bijgesneden door te drukken met een scheermesje.

4. Materiële en elektrochemische karakterisering

  1. Scanning elektronenmicroscopie (SEM): Breng een dunne film aan of verlies poedermonster met koolstoftape op een SEM-monsterstuwsel. Gebruik in eerste instantie een versnellingsspanning van 15 kV en bundelstroom van 2,7 - 5,4 pA om beeldvorming uit te voeren. Zoom uit naar een groot monstergebied en verzamel een eds-spectra (energy dispersive x-ray) om elementaire samenstelling te kwantificeren.
  2. Röntgendifractometrie (XRD): Plaats het macrobuis- of macrobalkgedroogde monster in een monsterhouder. U ook een dunne filmmonstersectie, zoals in stap 4.1, op een glazen schuif plaatsen. Voer XRD-scans uit op diffractiehoeken 2Γ van 5° tot 90° bij 45 kV en 40 mA met Cu Kα straling (1.54060 Å), een stapgrootte van 0,0130 °en 20 s per stap.
    OPMERKING: XRD kan worden gedaan voor de ingedrukte of niet-geperste monsters. Poedermonsterhouders vereisen doorgaans een aanzienlijk volume aan materialen en het gebruik van geperste dunne folies wordt aanbevolen.
  3. Röntgenfotoelectron microscopie (XPS): Gebruik een monochromated Al Kα bron met een spotgrootte van 100 μm, 25 W röntgenstraal en 45° starthoek, een bedrijfsdruk < 6 x 10-6 Pa. Neutraliseer oppervlakteladen met een laagvoltage Ar-ionstraal en een bariumzuurgasgasneutralisator. Stel analyzer pass energie in op 55 eV voor scans met hoge resolutie.
  4. Elektrochemische karakterisering
    1. Meet de massa van geperste filmmonsters om elektrochemische metingen te normaliseren met milligram actieve materialen.
    2. Breng filmmonsters over in een elektrochemisch flesje met een platte pincet of door de folie voorzichtig van een glazen schuif op de binnenzijgewals van de flacon te schuiven. Voorzichtig pipette 0,5 M H2SO4 of 0,5 M KCl elektrolyt over de film monsters en laat zitten voor 24 uur.
    3. Gebruik een 3-elektrodecel met een Ag/AgCl (3 M NaCl) referentieelektrode, een Pt draadhulp/tellerelektrode met een diameter van 0,5 mm. Plaats de gelakte gecoat draad met een 1 mm blootgestelde punt in contact met het bovenoppervlak van de aerogel aan de onderkant van de elektrochemische flacon22.
    4. Voer elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS) uit van 1 MHz tot 1 mHz met een 10 mV sinusgolf bij 0 V (vs. Ag/AgCl).
    5. Voer cyclische voltammetrie (CV) uit met een spanningsbereik van −0,2 tot 1,2 V (vs. Ag/AgCl) met scansnelheden van 0,5, 1, 5, 10, 25, 50, 75 en 100 mVs-1.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Resultaten

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De toevoeging van tegenovergesteld geladen vierkante vlakke edele metaalionen resulteert in bijna ogenblikkelijke vorming van hoge aspect ratio zoutkristallen. De lineaire stapeling van vierkante planaire ionen wordt schematisch weergegeven in figuur 1,met de gepolariseerde optische microscopiebeelden die zoutnaalden onthullen die 10's tot 100's van micrometer lang zijn. Een concentratie van 100 mM werd gebruikt voor alle oplossingen voor platina, palladium en koperzout. Terwijl de zoutnaald...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Discussie

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Deze synthesemethode toont een eenvoudige, relatief snelle aanpak om op hoog oppervlak platina gebaseerde macrobuizen en macrostralen te bereiken met een tunable nanostructuur en elementaire samenstelling die in vrijstaande films kunnen worden geperst zonder vereiste bindende materialen. Het gebruik van Magnus' zoutderivaten als naaldvormige sjablonen met een hoge beeldverhouding biedt de middelen om de resulterende metaalsamenstelling te controleren door middel van zoutsjabloon stoichiometrie, en in combinatie met de ke...

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Openbaarmakingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

De auteurs hebben niets te onthullen.

Dankbetuigingen

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Dit werk werd gefinancierd door een United States Military Academy Faculty Development Research Fund subsidie. De auteurs zijn dankbaar voor de hulp van Dr Christopher Haines op het Amerikaanse leger Combat Capabilities Development Command. De auteurs willen dr. Joshua Maurer ook bedanken voor het gebruik van de FIB-SEM bij het CCDC-Bewapeningscentrum van het Amerikaanse leger in Watervliet, New York.

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Materialen

Lijst van materialen gebruikt in dit artikel
NaamBedrijfCatalogusnummerOpmerkingen
50 mL Conical TubesCorning Costar Corp.430290
Ag/AgCl Referentie-elektrodeBASiMF-2052
Cu(NH3)4SO4Ÿ•H2OSigma-Aldrich10380-29-7
dimethylamine boraan (DMAB)Sigma-Aldrich74-94-2
K2PtCl4Sigma-Aldrich10025-99-7
Miccrostop LacquerTober Chemical DivisionNA
Na2PdCl4Sigma-Aldrich13820-40-1
NaBH4Sigma-Aldrich16940-66-2
Gepolariseerd optisch microscoopAmScopePZ300JC
PotentiostatBiologic-USAVMP-3Elektrochemische analyse-EIS, CV
Pt draadelektrodeBASiMF-4130
Pt(NH3)4Cl2Ÿ•H2OSigma-Aldrich13933-31-8
Scanning Electron MicroscopeFEIHelios 600EDS uitgevoerd met deze SEM
Schap slingerThermo ScientificVari-Mix™ Platform Rocker
Snap Cap Microcentrifugebuizen, 1,7 mLCole ParmerUX-06333-60
X-ray diffractometerPanAlyticalEmpyreanX-ray diffractometrie
X-ray foto-elektronenspectrometerULVAC PHI - Physical ElectronicsVersaProbe III

Referenties

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Chen, A., Holt-Hindle, P. Platinum-Based Nanostructured Materials: Synthesis, Properties, and Applications. Chemical Reviews. 110 (6), 3767-3804 (2010).
  2. Narayanan, R., El-Sayed, M. A. Shape-Dependent Catalytic Activity of Platinum Nanoparticles in Colloidal Solution. Nano Letters. 4 (7), 1343-1348 (2004).
  3. Wang, C., Daimon, H., Onodera, T., Koda, T., Sun, S. A General Approach to the Size and Shape-Controlled Synthesis of Platinum Nanoparticles and Their Catalytic Reduction of Oxygen. Angewandte Chemie International Edition. 47 (19), 3588-3591 (2008).
  4. Song, Y., et al. Synthesis of Platinum Nanowire Networks Using a Soft Template. Nano Letters. 7 (12), 3650-3655 (2007).
  5. Liu, L., Yoo, S. H., Park, S. Synthesis of Vertically Aligned Hollow Platinum Nanotubes with Single Crystalline Nanoflakes. Chemistry of Materials. 22 (8), 2681-2684 (2010).
  6. Ehrburger, P., Mahajan, O. P., Walker, P. L. Carbon as a support for catalysts: I. Effect of surface heterogeneity of carbon on dispersion of platinum. Journal of Catalysis. 43 (1), 61-67 (1976).
  7. Liu, H. S., et al. A review of anode catalysis in the direct methanol fuel cell. Journal of Power Sources. 155 (2), 95-110 (2006).
  8. Zhang, S., et al. A review of platinum-based catalyst layer degradation in proton exchange membrane fuel cells. Journal of Power Sources. 194 (2), 588-600 (2009).
  9. Wei, L., et al. Bimetallic Aerogels: High-Performance Electrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction. Angewandte Chemie International Edition. 52 (37), 9849-9852 (2013).
  10. Liu, W., et al. Noble Metal Aerogels-Synthesis, Characterization, and Application as Electrocatalysts. Accounts of Chemical Research. 48 (2), 154-162 (2015).
  11. Naskar, S., et al. Porous Aerogels from Shape-Controlled Metal Nanoparticles Directly from Nonpolar Colloidal Solution. Chemistry of Materials. 29 (21), 9208-9217 (2017).
  12. Du, R., et al. Emerging Noble Metal Aerogels: State of the Art and a Look Forward. Matter. 1 (1), 39-56 (2019).
  13. Qiu, X., et al. Template-engaged synthesis of hollow porous platinum–palladium alloy nanospheres for efficient methanol electro-oxidation. Journal of Power Sources. 302, 195-201 (2016).
  14. Yamauchi, Y., et al. Electrochemical Synthesis of Mesoporous Pt–Au Binary Alloys with Tunable Compositions for Enhancement of Electrochemical Performance. Journal of the American Chemical Society. 134 (11), 5100-5109 (2012).
  15. Lim, B., et al. Twin-Induced Growth of Palladium–Platinum Alloy Nanocrystals. Angewandte Chemie International Edition. 48 (34), 6304-6308 (2009).
  16. Lim, B., et al. Pd-Pt Bimetallic Nanodendrites with High Activity for Oxygen Reduction. Science. 324 (5932), 1302-1305 (2009).
  17. Han, L., et al. A seed-mediated approach to the morphology-controlled synthesis of bimetallic copper-platinum alloy nanoparticles with enhanced electrocatalytic performance for the methanol oxidation reaction. Journal of Power Sources. 286, 488-494 (2015).
  18. Xu, C., et al. Nanotubular Mesoporous PdCu Bimetallic Electrocatalysts toward Oxygen Reduction Reaction. Chemistry of Materials. 21 (14), 3110-3116 (2009).
  19. Xu, D., et al. Solution-Based Evolution and Enhanced Methanol Oxidation Activity of Monodisperse Platinum-Copper Nanocubes. Angewandte Chemie International Edition. 48 (23), 4217-4221 (2009).
  20. Stamenkovic, V. R., et al. Improved Oxygen Reduction Activity on Pt3Ni(111) via Increased Surface Site Availability. Science. 315 (5811), 493-497 (2007).
  21. Burpo, F. J., et al. Direct solution-based reduction synthesis of Au, Pd, and Pt aerogels. Journal of Materials Research. 32 (22), 4153-4165 (2017).
  22. Burpo, F. J., et al. A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction. Journal of Visualized Experiments. (136), e57875(2018).
  23. Burpo, F. J., Mitropoulos, A. N., Nagelli, E. A., Ryu, M. Y., Palmer, J. L. Gelatin biotemplated platinum aerogels. MRS Advances. , 1-6 (2018).
  24. Burpo, F., et al. Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels. Molecules. 23 (6), 1405(2018).
  25. Burpo, F. J., et al. Synthesis Method for Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels. Journal of Visualized Experiments. (147), e59176(2019).
  26. Mitropoulos, A. N., et al. Metal Composite Porous Silk Fibroin Aerogel Fibers. Materials. 12 (6), 894(2019).
  27. Xiao, X., et al. Salt-Templated Synthesis of 2D Metallic MoN and Other Nitrides. ACS Nano. 11 (2), 2180-2186 (2017).
  28. Xiao, X., et al. Scalable salt-templated synthesis of two-dimensional transition metal oxides. Nature Communications. 7, 11296(2016).
  29. Burpo, F. J., et al. Salt-Templated Hierarchically Porous Platinum Macrotube Synthesis. Chemistry Select. 3 (16), 4542-4546 (2018).
  30. Burpo, F., Nagelli, E., Morris, L., Woronowicz, K., Mitropoulos, A. Salt-Mediated Au-Cu Nanofoam and Au-Cu-Pd Porous Macrobeam Synthesis. Molecules. 23 (7), 1701(2018).
  31. Burpo, F. J., et al. Salt-templated platinum-palladium porous macrobeam synthesis. MRS Communications. 9 (1), 280-287 (2019).
  32. Burpo, F. J., et al. Salt-Templated Platinum-Copper Porous Macrobeams for Ethanol Oxidation. Catalysts. 9 (8), 662(2019).
  33. Magnus, G. Ueber einige Verbindungen des Platinchlorürs. Annalen der Physik. 90 (10), 239-242 (1828).
  34. Vauquelin, N. L. Memoire sur le Palladium et le Rhodium. Annales de Chimie. 88, 167-198 (1813).
  35. Bremi, J., et al. From Vauquelin's and Magnus' Salts to Gels, Uniaxially Oriented Films, and Fibers: Synthesis, Characterization, and Properties of Tetrakis(1-aminoalkane)metal(II) Tetrachlorometalates(II). Chemistry of Materials. 11 (4), 977-994 (1999).
  36. Bremi, J., Caseri, W., Smith, P. A new compound derived from Magnus' green salt: solid state structure and evidence for platinum chains in solution. Journal of Materials Chemistry. 11 (10), 2593-2596 (2001).
  37. Caseri, W. Derivatives of Magnus' Green Salt. Platinum Metals Review. 48 (3), 91(2004).

Toegang beperkt. Log in of start een proefperiode om deze inhoud te bekijken.

Herprints en machtigingen

Toestemming aanvragen om de tekst of afbeeldingen van dit JoVE-artikel te hergebruiken

Toestemming aanvragen

Trefwoorden

Poreuze platina macrotubesplatina legering nanomaterialenr ntgendiffractometrieelektrochemische impedantiespectroscopiecyclische voltammetriescanning elektronenmicroscopieenergiedispersieve r ntgenspectroscopier ntgenfotoelektronspectroscopievrijstaande films

Gerelateerde artikelen