Síntese e Caracterização de Fe-dopado alumino nanotubos com propriedades condutoras aprimorados Electron

O objetivo geral deste procedimento é sintetizar nanotubos de aluminossilicato dopados com ferro do tipo imogolita com propriedades texturais e de superfície definidas e um intervalo de banda reduzido em relação ao imogolito adequado. Este método permite a preparação de nanotubos dopados com ferro com o teor máximo de ferro de 1,4% em peso, por síntese direta ou carga pós-síntese. As principais vantagens da dopagem pós-síntese são a simplicidade do procedimento.

Como a dopagem ocorre por troca iônica de alumínio na superfície externa de nanotubos pré-formados. Uma consequência importante da dopagem com ferro é que o gap de banda da imogolita é reduzido de 4,9 para 2,8 para 2,4 elétron-volts, o que é particularmente relevante para aplicações fotocatalíticas e semicondutoras. Os três lados de ferro de superfície formam dutos com corantes azóicos aniônicos, que podem ser usados para investigar interações eletrostáticas e de ligantes em superfícies de nanotubos.

Esta demonstração deste método é crítica, pois a formação de nanotubos depende estritamente do uso das condições de síntese adequadas. Para iniciar a síntese de nanotubos, em ambiente seco, coloque 187,7 mililitros de água bidestilada em um béquer de dois litros. Adicione 1,3 mililitros de ácido perclórico a 70% para obter uma solução de 80 milimolares e coloque a mistura em uma placa de agitação.

Usando uma pipeta graduada, coloque oito mililitros de alumínio tri-sec-butóxido em um copo pequeno. Adicione 3,8 mililitros de ortossilicato de tetraetila com outra pipeta graduada e mexa delicadamente até obter uma mistura límpida e incolor. Um ligeiro excesso de TEOS, em relação à relação estequiometria de silício para alumínio, deve ser usado para evitar a formação preferencial de outras fases.

Adicione a mistura ATSB TEOS, gota a gota para a solução de ácido perclórico enquanto mexe. Continue mexendo por 18 horas para obter uma mistura transparente. Adicione 1,3 litros de água bidestilada à mistura de agitação.

Continue mexendo por 20 minutos. Coloque a mistura diluída em um reator de autoclave de PTFE de paredes espessas e aqueça a 100 graus Celsius por quatro dias para polimerizar a mistura. A diluição da mistura de reação é crítica porque a condensação do ácido ortossilícico dificulta a formação de nanotubos.

A temperatura ideal deve estar entre 95 e 100 graus. A diminuição da temperatura diminui a formação de nanotubos, enquanto o aumento da temperatura forma impurezas. Após o aquecimento, colete os nanotubos em um filtro de 0,02 mícron.

Lave os nanotubos com água bidestilada e observe o sólido filtrado. Seque os nanotubos em um forno a 50 graus Celsius por um dia para obter nanotubos de imogolita como um pó branco. Para iniciar o carregamento pós-síntese, disperse 0,25 gramas de nanotubos IMO em 15 mililitros de água bidestilada

Adicione 0,025 gramas de ferro três cloreto hexahidratado e mexa a mistura por 18 horas. Em seguida, adicione três mililitros de água e 1,5 mililitros de hidróxido de amônio à mistura marrom-avermelhada para precipitar espécies de oxo-hidróxido de ferro. Filtre a mistura, lave os sólidos com água bidestilada e seque a 120 graus Celsius por 48 horas para isolar os nanotubos de ferro-L-IMO.

Para iniciar a síntese de nanotubos dopados com ferro, em ambiente seco, dissolva 0,1 gramas de hexahidrato de cloreto de ferro três em 190 mililitros de uma solução de ácido perclórico 80 milimolar em água bidestilada agitando. Prepare uma mistura de oito mililitros de ATSB e 3,8 mililitros de TEOS usando pipetas graduadas. Em seguida, adicione a mistura gota a gota à solução de ferro enquanto mexe.

Verifique se o pH da mistura é quatro e, em seguida, mexa a mistura por 18 horas para obter uma mistura marrom-avermelhada. Adicione 1,3 litros de água bidestilada à mistura e mexa por uma hora. Em seguida, despeje a mistura em um reator de autoclave de PTFE.

Feche o reator e aqueça a mistura em um forno a 100 graus Celsius por quatro dias. Colete os sólidos, lave com água bidestilada e seque os sólidos a 50 graus Celsius durante a noite para isolar os nanotubos de ferro 0,70 IMO. Num balão volumétrico, preparar 200 mililitros de solução de laranja de ácido 0,67 milimolar em água bidestilada

O pH final da solução deve ser 6,8. Encha uma cubeta e adquira um espectro UV-Vis de transmissão da solução de corante como referência inicial. Determine a intensidade da banda de 484 nanômetros correspondente ao tautômero hidrazona da laranja ácida sete.

Para cada amostra, coloque 50 mililitros de solução corante em 50 miligramas de nanotubos isolados em um frasco escuro e comece a mexer a mistura. Após cinco minutos, prepare um tubo e centrifugue cinco mililitros da mistura a 835 vezes G por três minutos. Transvasar o sobrenadante e determinar a intensidade da banda de 484 nanómetros.

Deixe a amostra mexendo por três dias, centrifugando e analisando porções da amostra em horários definidos. Monitore a intensidade da banda de 484 nanômetros para determinar a quantidade de corante adsorvida nos nanotubos ao longo do tempo. A espectroscopia UV-Vis de refletores difusos indica substituição isomórfica de ferro três plus por alumínio octaédrico três plus em todos os NTs dopados com ferro.

A carga pós-síntese favorece a formação de aglomerados de oxo-hidróxido de ferro, embora os aglomerados também sejam vistos em NTs sintetizados com maior teor de ferro. O comportamento de carga superficial dos NTs dopados com ferro é semelhante aos NTs IMO não dopados, no entanto, a capacidade de remover um corante aniônico da solução de pH 6,8 varia. O comportamento de platô nos NTs ferro 1,4 e ferro 0,7 é atribuído à formação de adutos de corante de ferro.

As diferenças na área de superfície e no volume indicam que a carga pós-síntese afeta principalmente a superfície externa do NT. Presume-se, portanto, que os aglomerados de oxo-hidróxido ocupem uma grande proporção da superfície do NT ferro-L. Limitando a área de superfície disponível para o corante volumoso.

O intervalo de banda diminui em todos os NTs dopados com ferro. Acredita-se que os aglomerados de oxo-hidróxido de ferro reduzam o intervalo de banda da IMO, o que está de acordo com os NTs de ferro-L com o menor intervalo de banda. Mas a transição d para d dos clusters pode dificultar a determinação do intervalo de banda.

Ao tentar este procedimento, é importante usar um ambiente livre de umidade ao trabalhar com ATSB. Usando um ambiente seco, é possível medir o precursor de silício e alumínio com pipeta graduada, evitando a hidrólise do ATSB. Seguindo este procedimento, o comportamento associado de outros compostos pode ser investigado para responder a perguntas adicionais sobre sua atividade de nanotubos dopados com ferro, como a atividade fotocatalítica em relação a poluentes orgânicos na água.

O desenvolvimento da técnica de carregamento pós-síntese abre a possibilidade de explorar a substituição de cátions semelhantes por alumínio na superfície externa da irogolita por troca iônica simples. Depois de assistir a este vídeo, você deve entender como sintetizar e avaliar nanotubos dopados com ferro com três locais coordenados de ferro reativo em uma superfície.