Inversa Síntese mediada por Microemulsão de monometálicos e bimetálico precoce de Metais de Transição Carbide e nitreto Nanopartículas

O objetivo geral deste procedimento é sintetizar nanopartículas de carboneto de metal de transição não centradas e com terminação metálica. Isso é realizado primeiramente encapsulando nanopartículas de óxido de metal de transição mono ou bimetálicas em camadas de sílica por meio de uma microemulsão reversa. O segundo passo consiste em carbonizar as nanopartículas utilizando um forno de tubo.

Nesta etapa, o hidrogênio molecular reduz as nanopartículas de óxido metálico encapsuladas removendo os oxigênios da rede como água molecular em temperaturas mais elevadas. Em seguida, o metano se decompõe na superfície metálica e se intercala na rede, formando o carbeto. O passo final consiste em remover as camadas de sílica utilizando uma solução à temperatura ambiente contendo meio aquoso de fluoretos.

Por fim, a microscopia eletrônica de transmissão e outras análises, como difração de raios X em pó e espectroscopia fotoeletrônica de raios X, são utilizadas para demonstrar que as nanopartículas são carbetos com fase pura, não centrados e com terminação metálica. As principais vantagens dessa técnica em comparação com métodos existentes, como a impregnação úmida em negro de carbono com encapsulamento em uma matriz de nitreto de carbono, são que o tamanho e a composição das partículas podem ser finamente ajustados antes dos tratamentos térmicos, e as nanopartículas resultantes podem ser dispersas em qualquer suporte catalítico de alta área superficial sem expor o suporte a condições severas de carbonização ou neutralização. Para preparar a microemulsão reversa, primeiro adicione 240 mililitros de heptano anidro a um balão de fundo redondo de um litro, limpo e previamente seco em estufa, contendo um agitador magnético também seco em estufa, utilizando um cilindro graduado limpo e seco em estufa; em seguida, adicione 54 mililitros de éter lauril polioxietilênico à mistura. Sob agitação constante, adicione 7,8 mililitros de água desionizada ultrapura, também sob agitação constante.

Usando uma pipeta, adicione 0,1 a 0,5 mililitros de hidróxido de amônio grau reagente à emulsão, se desejado. Para reduzir o tempo de hidrólise, feche o frasco com uma rolha de borracha e cera de paraformaldeído e deixe a emulsão microbólica inversa misturar por pelo menos 10 minutos. Em seguida, prepare um álcool precursor de óxido de alumínio metálico e uma solução de heptano.

Primeiro, colocando o balão de fundo redondo de 250 mililitros limpo e seco dentro de uma caixa de luvas com atmosfera de nitrogênio seco, adicione 12 mililitros de 5% peso por volume. Óxido de tálio isopropóxido em isopropanol utilizando uma seringa limpa e seca nesta etapa; outros óxidos metálicos também podem ser adicionados utilizando uma cânula limpa e seca. Transfira 120 mililitros de heptano anidro para o balão de 250 mililitros contendo a solução de óxido metálico.

Em seguida, utilizando uma cânula limpa e seca em estufa, transfira a solução alcoólica de óxido de metal elk e heptano para a microemulsão inversa sob agitação constante ao longo de 10 minutos. Após quatro horas, use uma seringa limpa e seca para injetar 1,4 mililitros de hidróxido de amônio grau reagente na solução gota a gota. Em seguida, utilizando outra seringa limpa e seca, injete 1,2 mililitros de ortossilicato de tetraetila grau reagente gota a gota.

Após 16,5 horas, remova a rolha de borracha e utilize um cilindro graduado limpo e seco para adicionar 300 mililitros de metanol à solução sob agitação constante. Após 10 minutos de agitação, remova a barra de agitação e deixe a solução repousar por uma hora, decante as fases líquidas para um recipiente de resíduos orgânicos e colete a fase sólida, óxidos metálicos encapsulados em sílica, em tubos cônicos limpos de 50 mililitros antes do processamento adicional conforme descrito no protocolo do texto para carbonizar o pó de óxidos metálicos encapsulados em sílica em uma atmosfera de metano e hidrogênio, carregue o pó de óxidos metálicos encapsulados em cálcio e sílica em um barco de cadinho não esmaltado Illumina e coloque-o em um forno de tubo de quartzo. Purgue o forno de tubo de quartzo com nitrogênio por pelo menos 30 minutos para remover o oxigênio.

Além disso, realize uma verificação de vazamento borrifando água com sabão em todas as juntas, e carbonize o pó de óxido metálico encapsulado em sílica utilizando uma taxa de aquecimento de dois graus Celsius por minuto até 850 graus Celsius por quatro horas sob 120 centímetros cúbicos padrão por minuto, ou SCCM, de hidrogênio e 33 SCCM de metano, para formar carbetos metálicos encapsulados em sílica. Após quatro horas, interrompa o fluxo de metano e mantenha o pó a 850 graus Celsius por uma hora apenas com 120 SCCM de hidrogênio para remover qualquer carbono superficial em excesso antes da dissolução da sílica em fluoreto de amônio para carbetos metálicos estáveis em meio ácido. Pese 200 miligramas de carbetos metálicos encapsulados em sílica e coloque-os em um recipiente selável de polipropileno de 30 mililitros com uma barra magnética revestida de teflon.

Se desejar suportar as nanopartículas em um suporte catalítico de alta área superficial, como carbono negro ou nanotubos de carbono, pese o material e adicione-o ao recipiente selável de polipropileno. Em seguida, adicione 20 mililitros de água desionizada ultrapura e inicie a mistura para formar uma suspensão. Pese cinco gramas de bifluoreto de amônio ou um VF e, então, adicione à mistura sob agitação.

Uma vez adicionado o selo, a dissolução do A BF em água é endotérmica, portanto a temperatura da solução diminuirá para garantir a dissolução completa da sílica e uma boa dispersão das nanopartículas no suporte do catalisador. Interrompa a reação após 16 horas adicionando hidróxido de amônio grau reagente gota a gota para neutralizar a solução de A BF até um pH entre seis e sete. Tenha cautela, pois esta reação é exotérmica; transfira a mistura neutralizada para um tubo de centrífuga e centrifugue a 2056 vezes G durante 10 minutos.

Mostradas aqui estão imagens representativas de microscopia eletrônica de transmissão de nanopartículas de óxido de metal de transição inicial com revestimento múltiplo e único encapsuladas em cascas de sílica. Aqui, imagens representativas de microscopia eletrônica de transmissão mostram nanopartículas de carbeto de metal encapsuladas em sílica após carbonização, com diferentes distribuições de tamanho de nanopartículas de carbeto de metal. Uma imagem representativa de microscopia eletrônica de transmissão em modo varredura de nanopartículas de carbeto de tungstênio não centralizadas e com terminação metálica dispersas em um suporte de negro de carbono, após a remoção das cascas de sílica, é mostrada aqui.

Após assistir a este vídeo, você deverá ter uma boa compreensão de como sintetizar nanopartículas de carbonetos e nitretos de metais de transição terminados em metal não centralizados utilizando uma abordagem de encapsulamento de silício mediada por microagitação reversa.