Metoda syntezy z szablonami soli dla porowatych makrowiązek i makrorurek na bazie platyny

Protokół ten oferuje prostą, stosunkowo szybką metodę syntezy platyny o dużej powierzchni i wysokim współczynniku kształtu w stopach platyny, makrobelkach i makrorurkach o przekroju kwadratowym. Metoda soli i galwanizacji umożliwia kontrolę stosunku jonów metali matrycowych i wynikowego składu masowego, a także nanostruktur makrowiązki i makrorurek. Folie prasowane Macrobeam i Macrotube mogą zaspokoić zapotrzebowanie na zintegrowane elektrody trójwymiarowe do zastosowań związanych z katalizą i czujnikami.

Zdolność pochodnych soli Magna do chemicznej redukcji w celu utworzenia makrowiązek i makrorurek sugeruje, że metoda syntezy soli może być stosowana do szerszego zakresu soli metali. Aby przygotować sole Magnusa o stosunku jeden do zero do jednego platyny, dwa dodatnie do dwóch ujemnych platyny, dodaj 0,5 mililitra 100 milimolowego tetrachloroplatynianu potasu do probówki do mikrofuge i na siłę pipetuj 0,5 mililitra 100-milimolowego hydratu chlorku tetraamminyny(II) w wodzie do probówki. Powstałe roztwory szablonów igieł soli o objętości jednego mililitra będą miały nieprzezroczysty kolor, taki jak zielony.

Aby przygotować matrycę igieł z solą platynowo-palladową jeden do zera, dodaj 0,5 mililitra hydratu chlorku tetraamminyplatyny(II) w wodzie do probówki mikrowirówki i mocno pipetuj 0,5 mililitra 100-milimolowego tetrachloropalladanu sodu do probówki. Aby przygotować matrycę igły z solą platynowo-palladową dwa do jednego, dodaj 0,25 mililitra 100-milimolowego tetrachloropalladanu sodu i 0,25 mililitra 100-milimolowego tetrachloroplatynianu potasu do probówki do mikrofuge. Wiruj probówkę przez trzy do pięciu sekund, a następnie mocno pipetuj 0,5 mililitra 100 milimolowej wody uwodnionej z chlorku tetraamminyPlatyny(II) do probówki.

Aby przygotować matrycę igły z solą platynowo-palladową, odpipetuj 0,167 mililitra 100-milimolowego tetrachloropalladanu sodu i 0,333 mililitra 100-milimolowego tetrachloroplatynianu potasu do probówki do mikrofuge. Po wirowaniu mocno odpipetuj 0,5 mililitra 100-milimolowej wody uwodnionej z chlorku tetraamminyChlorku platyny(II) do probówki. Matryce soli o wyższym stosunku platyny powinny dawać bardziej zielony kolor, podczas gdy szablony o rosnącej zawartości palladu skutkują większą liczbą pomarańczowych, różowych i brązowych kolorów w roztworze.

Aby przygotować matrycę igły soli miedziano-platynowej o stosunku jeden do zera, dodaj 0,5 mililitra 100-milimolowego tetrachloroplatynianu potasu do probówki do mikrofuge i mocno dodaj 0,5 mililitra 100-milimolowego siarczanu miedzi (II) tetraaminy w wodzie do probówki do mikrofuge. Aby przygotować matrycę igły soli miedziano-platynowej o stosunku trzech do dwóch do dwóch, dodaj 0,167 mililitra 100-milimolowej wody uwodnionej tetraamminąChlorkiem platyny(II) i 0,333 mililitra 100-milimolowego tetraamminySiarczanu miedzi(II) w wodzie do probówki. Po wirowaniu mocno dodaj 0,5 mililitra 100-milimolowego tetrachloroplatynianu potasu do probówki.

Aby przygotować szablon igły soli miedziano-platynowej o stosunku dwa do jednego do jednego, dodaj 0,25 mililitra 100-milimolowej wody uwodnionej chlorkiem tetraamminy(II) i 0,25 mililitra 100-milimolowego siarczanu miedzi (II) tetraaminy w wodzie do probówki do mikrofugi i wiruj rurkę do mikrofugi przez trzy do pięciu sekund. Następnie na siłę odpipetować 0,5 mililitra 100-milimolowego tetrachloroplatynianu potasu do probówki. Aby przygotować szablon igły soli miedziano-platynowej o stosunku jeden do jednego do zera, należy odpipetować 0,5 mililitra 100 milimolowej wody uwodnionej chlorkiem tetraamminy i platyny (II) do probówki do mikrofugi i mocno pipetować 0,5 mililitra 100 milimolowego tetrachloroplatynianu potasu do probówki, aby uzyskać jednomililitrowy roztwór szablonu igły solnej.

Połączenie jonów miedzi i platyny spowoduje powstanie fioletowego, mętnego roztworu, który nie jest tak nieprzezroczysty jak roztwory platyny i palladu. Aby przeprowadzić chemiczną redukcję matryc soli platynowo-palladowej, dodaj 50 mililitrów 0,1-molowego roztworu borowodorku sodu do każdej z czterech 50-mililitrowych stożkowych probówek i dodaj całą mililitrową objętość jednego roztworu soli platynowo-palladowej do każdej probówki. Aby przeprowadzić chemiczną redukcję matryc soli miedzi i platyny, dodaj 50 mililitrów 0,1-molowego roztworu DMAB do każdej z czterech 50-mililitrowych stożkowych probówek i dodaj całą mililitrową objętość jednego roztworu soli miedziowo-platynowej do każdej probówki pod okapem oparowym.

Po 24 godzinach powoli rozprowadź kofeinę supernatant z każdego zredukowanego roztworu do pojemnika na odpady, uważając, aby nie wylać próbek i nie przenieść osadów do nowych 50-mililitrowych probówek. Napełnij każdą probówkę 50 mililitrami wody dejonizowanej i inkubuj szczelnie zamknięte probówki przez 24 godziny, delikatnie kołysząc. Następnego dnia umieść probówki pionowo w stojaku na probówki na 15 minut, aby próbki mogły się osadzić, a następnie powoli wylej supernatant.

Napełnij każdą probówkę 50 mililitrami zjonizowanej wody i kołysz próbki przez dodatkowe 24 godziny. Pod koniec inkubacji umieścić probówki w stojaku na 15 minut przed dekantacją jak największej ilości przezroczystych lub szarych supernatantów. Aby przygotować folie makrorurkowe i makrowiązkowe, za pomocą pipety lub szpatułki delikatnie przenieś materiał strącający z każdej z nich do probówki na poszczególne szkiełka i skonsoliduj próbki w jednolite stosy, około 0,5 milimetra.

Następnie umieść szkiełka w miejscu, które nie będzie zakłócane przez prądy powietrza przez 24 godziny. Po wyschnięciu próbek umieść drugie szkiełko na każdej wysuszonej zredukowanej próbce i ręcznie przyłóż około 200 kilopaskali siły do górnego szkiełka, aby utworzyć cienką warstwę makrorurek lub makrobelek na dolnym szkiełku. Do skaningowej mikroskopii elektronowej próbek użyj taśmy węglowej, aby przymocować cienką warstwę do kikuta próbki skaningowej mikroskopii elektronowej i ustaw początkowe napięcie przyspieszające na 15 kilowoltów, a prąd wiązki na 2,7 do 5,4 pikoampera.

Następnie pomniejsz widok na duży obszar próbki i zbierz widmo promieniowania rentgenowskiego z dyspersją energii, aby określić ilościowo skład pierwiastkowy próbki. W przypadku analizy dyfrakcyjno-dimetrycznej rentgenowskiej umieść szkiełko cienkowarstwowe na stoliku skanującym i wykonaj skany dyfraktometrii rentgenowskiej pod kątem kątów dyfrakcji do theta, od pięciu do 90 stopni przy 45 kilowoltach i 40 miliamperach z promieniowaniem miedzianym K-alfa, dwustopniowy rozmiar kroku theta 0,0130 stopnia i 20 sekund na krok. Aby znormalizować pomiary elektrochemiczne za pomocą miligramów materiałów aktywnych, przenieś próbki do indywidualnych fiolek elektrochemicznych i delikatnie dodaj 0,5 molowego kwasu siarkowego do każdej próbki na 24-godzinną inkubację w temperaturze pokojowej.

Następnego dnia umieść drut pokryty lakierem z odsłoniętą końcówką o długości jednego milimetra z poszczególnych trzech ogniw elektrodowych w kontakcie z górną powierzchnią folii na dnie każdej fiolki elektrochemicznej. I wykonaj elektrochemiczną spektroskopię impedancji od jednego megaherca do jednego miliherca z 10-miliwoltową falą sinusoidalną przy zerowym wolcie. Następnie wykonaj woltamperometrię cykliczną przy użyciu zakresu napięcia od minus 0,2 do 1,2 V, z szybkością skanowania 10, 25, 50, 75 i 100 miliwoltów na sekundę.

Dodanie przeciwnie naładowanych, kwadratowych płaskich jonów metali szlachetnych powoduje niemal natychmiastowe tworzenie się kryształów soli o wysokim współczynniku kształtu. Chemiczna redukcja soli Magnusa utworzona ze stosunkiem jeden do jednego jonów platyny dodatniej do ujemnej platyny i zmniejszona borowodorek sodu skutkuje makrorurkami z ogólnie pustą wnęką wewnętrzną i porowatymi ściankami bocznymi. Makrorurki generalnie są zgodne z geometrią szablonów igieł solnych, z płaskimi ściankami bocznymi i kwadratowym przekrojem, makrorurki miedziano-platynowe DMAB o zredukowanej zawartości miedzi i platyny mają najbardziej wyraźne i największe przekroje kwadratowe, o bokach około trzech mikrometrów.

Ścianki boczne makrorurek miedziano-platynowych DMAB wykazują również wysoce teksturowaną powierzchnię bez znacznej porowatości. Skład chemiczny makrorurki platyny i platynowo-palladowej oraz makrowiązki można wstępnie scharakteryzować za pomocą dyfrakcji rentgenowskiej. Analiza dyfrakcji rentgenowskiej makrorurek zredukowanych DMAB ujawnia nałożone na siebie piki, które przesuwają się w kierunku platyny lub miedzi, w zależności od względnej stechiometrii soci solnej, co sugeruje skład stopu.

Makrowiązki borowodorku sodu zredukowane przez miedź i platynę, wykazują wyraźne piki dyfrakcyjne promieniowania rentgenowskiego miedzi i platyny, co sugeruje skład bimetaliczny. Widma elektronów w promieniowaniu rentgenowskim dla makrorurek platynowych wskazują na niewiele dowodów na istnienie tlenków, co sugeruje katalitycznie aktywną powierzchnię. Widma fotoelektronów rentgenowskich dla makrowiązek platynowo-palladowych również nie wskazują na zawartość tlenków metali.

Cóż, sprasowanymi foliami można manipulować pęsetą. Należy zachować ostrożność podczas przenoszenia folii do fiolek elektrochemicznych, aby zapobiec pękaniu. Biorąc pod uwagę możliwość wciskania makrobelek i makrorurek w integralne folie, można również przeprowadzić charakterystykę mechaniczną w celu określenia sprężystej i elastycznej modulacji.

Matryce solne do syntezy porów, materiałów o dużej powierzchni powinny umożliwić naukowcom zbadanie szerszego zakresu soli metali i powstałych w ich wyniku materiałów metalowych, stopowych i wielometalicznych.