Een snelle synthese methode voor Au, Pd en Pt Aerogels Via directe vermindering van de oplossingsgerichte

Deze methode kan helpen bij het beantwoorden van sleutelvragen op het gebied van aerogels over de mogelijkheid om metaal-aerogels rechtstreeks te synthetiseren uit waterige oplossingen in plaats van uit vooraf gevormde nanodeeltjes. Andere methoden, zoals sol-gels, vereisen veel langere tijden voor het samensmelten van nanodeeltjes. De implicaties van deze techniek strekken zich uit naar katalyse en sensortoepassingen vanwege de hoge oppervlakte van de edelmetaal-aerogels en het ontbreken van ondersteunende materialen.

Hoewel deze methode inzicht kan bieden in directe aerogelsynthese, kan deze ook worden toegepast op andere synthesetechnieken, zoals biotemplating, om betere vormcontrole over aerogelmonolithen te bereiken. Om de procedure te starten, bereid twee milliliters van 0,1 molaire oplossingen van goud(III)chloride trihydraat en natriumtetrachloorpalladiet in gedeïoniseerd water. Schud en vortex de oplossingen krachtig om de zouten op te lossen.

Laat de palladiumoplossing een paar uur staan om volledige oplossing te garanderen. Bereid twee milliliters van 0,1 molaire kaliumhexachloroplatinaat in een een-op-een volumemengsel van gedeïoniseerd water en ethanol. Schud en vortex het mengsel krachtig totdat de zouten zijn opgelost.

Bereid 10 milliliters van 0,1 molaire oplossingen van dimethylamineboraan en natriumborohydride in gedeïoniseerd water. Vortex de oplossingen een tot twee minuten om volledige oplossing te garanderen. Breng vervolgens 0,5 milliliter van de goudoplossing over in een 1,7-milliliter of twee-milliliter microcentrifugebuis.

Pipet 0,5 milliliter DMAB krachtig in de buis om het zout en het reducerende middel snel te mengen. Plaats de microcentrifugebuis in een rek, laat de dop open om waterstofgas te laten ontsnappen. Combineer op dezelfde manier 0,5 milliliter van de platino-oplossing met 0,5 milliliter DMAB en 0,5 milliliter van de palladiumoplossing met 0,5 milliliter natriumborohydride.

Ongeveer vijf minuten na het starten van de reactie, sluit de microcentrifugebuizen af en draai ze voorzichtig drie tot vijf keer om te helpen bij het samensmelten van metaaldeeltjes die geen deel uitmaken van het metaalgel. Ontdoe onmiddellijk de buizen van hun deksel en plaats ze na het draaien terug in het rek. Laat de beginnende metaalgellen in de reducerende middeloplossingen drie tot zes uur staan om volledige reductie van metaalionen en minimalisatie van oppervlakte-energie mogelijk te maken.

Verwijder vervolgens voorzichtig overtollig reducerend middel uit elke buis, zorg ervoor dat er voldoende oplossing overblijft zodat het meniscus het gel niet raakt. Pipet langzaam gedeïoniseerd water in de microcentrifugebuizen totdat ze volledig gevuld zijn. Vul vervolgens drie 50-milliliter kegelbuizen met gedeïoniseerd water.

Dompel elke microcentrifugebuis onder in een buis met gedeïoniseerd water en laat elk gel vanuit zijn microcentrifugebuis in de grotere buis glijden. Beweeg het gel indien nodig voorzichtig met een spatel. Sluit de buizen af en laat de gellen 24 uur in gedeïoniseerd water staan.

Vervang het water na 12 uur door oplosmiddeluitwisseling. Zorg ervoor dat het meniscus de gellen niet raakt tijdens het vervangen van het water. Om de EIS-procedure voor natte metaalgellen te starten, verwijder zoveel mogelijk water zonder dat het meniscus de gespoelde gellen raakt.

Voeg 50 milliliter 0,5 molaire kaliumchloride toe aan elke buis en laat de gellen 24 uur weken. Gebruik vervolgens een fijne borstel om een 1-millimeter kaliumdraadelektrode te coaten met niet-reactieve lak, waarbij vier tot vijf millimeter aan het uiteinde wordt blootgelaten. Laat de lak 20 minuten drogen.

Breng op dezelfde manier nog minstens een laag aan. Snijd vervolgens een 50-milliliter kegelbuis doormidden om als elektrochemische schaal te dienen. Plaats een verzadigde zilver-zilverchloride referentie-elektrode en een 0,5-millimeter kaliumdraad tegenelektrode door een geperforeerd deksel of pakking voor de gemodificeerde buis.

Verbind de drie elektroden met een potentiostaat. Breng een van de gellen en zijn elektrolyt over in de gemodificeerde buis door voorzichtig het elektrolyt en het geëquilibreerde gel in de buis te gieten zonder dat het gel het vloeistof-luchtoppervlak raakt. Zorg ervoor dat het gel zich op de bodem van de buis heeft gesetteld en voeg eventueel elektrolyt toe.

Plaats vervolgens het deksel op de buis en pas de referentie- en tegenelektroden indien nodig aan. Voor de goudgel, steek voorzichtig de kale punt van de met lak bedekte werkelektrode in het gel. Voor de palladium- en platinagellen, plaats de met lak bedekte werkelektrode in de kegelbuis langs de binnenoppervlakte en laat het metalen gel op de kale platinadraadpunt rusten.

Voer potentiostatische EIS-scans uit met frequenties tussen 100 megahertz en één millihertz met behulp van een sinusgolf met een amplitude van 10 millivolt. Gebruik in geval van stroomoverloop een galvanostatische EIS met hetzelfde frequentiebereik en een sinusgolfamplitude van 100 tot 200 milliamp. Na elektrochemische karakterisering, spoel de gellen gedurende 24 uur met gedeïoniseerd water zoals beschreven aan het einde van de gelsynthese.

Verwijder vervolgens zoveel mogelijk van het spoelwater zonder het meniscus de gellen te laten raken. Vries de gellen gedurende 30 minuten in bij min 80 graden Celsius. Vries droog ten slotte de gellen in een vriesdroger met een druksetpoint van vier pascal of lager om de metaal-aerogels te verkrijgen.

De goud-, palladium- en platina-aerogels vertoonden allemaal karakteristieke hydrofobiciteit en hadden eigenschappen die vergelijkbaar waren met gellen die door langzamere synthesetechnieken werden gevormd. Scanning electron microscopy toonde aan dat goud-aerogels grote nanoporiën en gladde ligamenten hadden. Palladium- en platina-aerogels hadden een kralen-op-een-snaar structuur met gefuseerde nanodeeltjes en smallere ligamenten.

De platina-aerogel had een groter bereik van macropoortstructuurdiameters dan de palladium-aerogel, wat werd toegeschreven aan de stabiliteit van plat