Synthese en karakterisering van Fe gedoteerde aluminosilicaten nanobuisjes met Enhanced Electron geleidende eigenschappen

Het algemene doel van deze procedure is om ijzer-gedopte aluminosilicaat nanobuisjes van het imogoliet type te synthetiseren met gedefinieerde textuur- en oppervlakte-eigenschappen en een verminderde band gap in vergelijking met eigenlijk imogoliet. Deze methode maakt de bereiding van ijzer-gedopte nanobuisjes mogelijk met een maximale ijzergehalte van 1,4 gewichtsprocent, door middel van directe synthese of post-synthese belasting. Het belangrijkste voordeel van post-synthese doping is de eenvoud van de procedure.

Dopging vindt plaats door ionische uitwisseling van aluminium aan de buitenoppervlakte van vooraf gevormde nanobuisjes. Een belangrijk gevolg van ijzerdoping is dat de imogoliet band gap wordt verlaagd van 4,9 naar 2,8 tot 2,4 elektronvolt, wat bijzonder relevant is voor fotokatalytische en halfgeleidertoepassingen. Oppervlakte ijzer vormt aan drie zijden geleiden met anionische azo-kleurstoffen, die kunnen worden gebruikt om elektrostatische en ligand interacties op nanobuisjesoppervlakken te onderzoeken.

Deze demonstratie van deze methode is cruciaal omdat de vorming van nanobuisjes strikt afhankelijk is van het gebruik van de juiste synthesecondities. Om nanobuisjessynthese te beginnen, plaats in een droge omgeving 187,7 milliliter dubbel gedistilleerd water in een tweedubbele liter beker. Voeg 1,3 milliliter 70% perchlorazuur toe om een 80 millimolair oplossing te verkrijgen en plaats de mengsel op een roerplaat.

Gebruik een graduele pipet om acht milliliter aluminium tri-sec-butoxide in een kleine beker te plaatsen. Voeg 3,8 milliliter tetraethyl orthosilicaat toe met een andere graduele pipet en roer voorzichtig tot de mengsel helder en kleurloos is. Er moet een lichte overmaat van TEOS worden gebruikt, met betrekking tot de silicium naar aluminium stoichiometrische verhouding, om de preferentiële vorming van andere fasen te voorkomen.

Voeg de ATSB TEOS mengsel, druppelsgewijs toe aan de perchlorazuur oplossing terwijl geroerd wordt. Blijf roeren gedurende 18 uur om een transparante mengsel te verkrijgen. Voeg 1,3 liter dubbel gedistilleerd water toe aan de roermenging.

Blijf roeren gedurende 20 minuten. Plaats de verdunde mengsel in een dikwandige PTFE autoclaafreactor en verwarm gedurende vier dagen op 100 graden Celsius om de mengsel te polymeriseren. Verdunning van de reactiemengsel is cruciaal omdat condensatie van orthosiliciumzuur de vorming van nanobuisjes belemmert.

De optimale temperatuur moet tussen de 95 en 100 graden zijn. Het verlagen van de temperatuur verlaagt de vorming van nanobuisjes, terwijl het verhogen van de temperatuur onzuiverheden vormt. Na het verwarmen, verzamel de nanobuisjes in een 0,02 micron filter.

Was de nanobuisjes met dubbel gedistilleerd water en observeer de gefilterde vaste stof. Droog de nanobuisjes in een oven op 50 graden Celsius gedurende een dag om imogoliet nanobuisjes als wit poeder te verkrijgen. Om post-synthese belasting te beginnen, spreid 0,25 gram IMO nanobuisjes in 15 milliliter dubbel gedistilleerd water.

Voeg 0,025 gram ijzer drie chloride hexahydraat toe en roer de mengsel gedurende 18 uur. Voeg dan drie milliliter water en 1,5 milliliter ammoniumhydroxide toe aan de roodbruine mengsel om ijzer oxo-hydroxide soorten te precipiteren. Filter de mengsel, was de vaste stoffen met dubbel gedistilleerd water, en droog gedurende 48 uur op 120 graden Celsius om de ijzer-L-IMO nanobuisjes te isoleren.

Om synthese van ijzer-gedopte nanobuisjes te beginnen, lost in een droge omgeving 0,1 gram ijzer drie chloride hexahydraat op in 190 milliliter van een 80 millimolair perchlorazuur oplossing in dubbel gedistilleerd water door roeren. Bereid een mengsel van acht milliliter ATSB en 3,8 milliliter TEOS met behulp van graduele pipetten. Voeg dan de mengsel druppelsgewijs toe aan de ijzeroplossing terwijl geroerd wordt.

Controleer dat de mengsel pH vier is en roer de mengsel gedurende 18 uur om een roodbruine mengsel te verkrijgen. Voeg 1,3 liter dubbel gedistilleerd water toe aan de mengsel en roer gedurende een uur. Giet dan de mengsel in een PTFE autoclaafreactor.

Sluit de reactor en verwarm de mengsel in een oven op 100 graden Celsius gedurende vier dagen. Verzamel de vaste stoffen, was met dubbel gedistilleerd water en droog de vaste stoffen gedurende een nacht op 50 graden Celsius om ijzer 0,70 IMO nanobuisjes te isoleren. Bereid in een volumetrische kolf 200 milliliter van een 0,67 millimolair zuur oranje zeven oplossing in dubbel gedistilleerd water.

De uiteindelijke oplossing pH moet 6,8 zijn. Vul een cuvet en verwerf een transmissie UV-Vis spectrum van de kleurstoffoplossing als startreferentie. Bepaal de intensiteit van de 484 nanometer band die overeenkomt met de hydrazone tautomeer van zuur oranje zeven.

Plaats voor elke steekproef 50 milliliter kleurstoffoplossing in 50 milligram geïsoleerde nanobuisjes in een donkere fles en begin de mengsel te roeren. Na vijf minuten, bereid een buisje voor en centrifugeer vijf milliliter van de mengsel bij 835 keer G gedurende drie minuten. Decanteer het supernatant en bepaal de intensiteit van de 484 nanometer band.

Laat de steekproef drie dagen roeren, centrifugeren en analyseren van deel van de steekproef op vastgestelde tijdstippen. Controleer de intensiteit van de 484 nanometer band om de hoeveelheid kleurstof geadsorbeerd in de nanobuisjes in de loop van de tijd te bepalen. Diffuse reflectanten UV-Vis spectroscopie geeft isomorfe vervanging van ijzer drie plus voor octaëderisch aluminium drie plus in alle ijzer-gedopte NTs aan.

Post-synthese belasting bevordert de vorming van ijzer oxo-hydroxide clusters, hoewel de clusters ook worden gezien in NTs gesynthetiseerd met een hoger ijzergehalte. Het oppervlaktelading gedrag van de ijzer-gedopte NTs is vergelijkbaar met ongedopte IMO NTs, maar het vermogen om een anionische kleurstof uit pH 6,8 oplossing te verwijderen varieert.