Name: Um método de síntese rápida para Au, Pd e Pt Aerogels através de redução direta baseada em solução (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-18T15:00:00.000+00:00
Duration: 10 min 37 s
Description: Aprenda a síntese rápida de aerogéis de Au, Pd e Pt por redução direta em solução aquosa. Este método inovador reduz o tempo de coalescência de nanopartículas e oferece aplicações promissoras em catálise e sensores.

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Os autores agradecem a Stephen Steiner em tecnologias de Aerogel para sua inspiração e conhecimentos técnicos e a Dr. Deryn Chu no exército Research Laboratory-sensores e direcção de dispositivos do elétron, Dr. Christopher Haines para a pesquisa de armamento, Desenvolvimento e Engenharia Centro, E.U. Exército RDECOM-ARDEC e Dr. Stephen Bartolucci nos E.U. Exército Benet laboratórios por sua assistência. Este trabalho foi apoiado por uma concessão do fundo de pesquisa da faculdade de desenvolvimento da academia militar dos Estados Unidos, West Point.

Atenção: Consulte todas as folhas de dados relevantes de segurança (SDS) antes do uso. Use práticas de segurança adequadas ao realizar reações químicas, que incluem o uso de uma coifa e equipamento de protecção pessoal. Evolução de gás hidrogênio rápida pode causar pressão alta em tubos de reação, causando tampões para pop e soluções para pulverizar para fora. Certifique-se de que as tampas de tubo de reação permanecem abertas conforme especificado no protocolo.
1. preparação do Gel metal
<ol><li>
Preparação das soluções do íon do metal.
	<ol>
<li>Prepare-se 2 mL das soluções de 0,1 M dos seguintes sais: HAuCl4•3H2O e nd2PdCl4 em água desionizada. Prepare 2 mL de 0.1 M K2PtCl6 em um 1:1 (v/v) de água e solvente etanol. Vigorosamente shake e vórtice soluções para ajudar na dissolução dos sais.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparação de soluções de agente redutor.
	<ol>
<li>Prepare-se 10 mL de 0.1 M soluções dos seguintes agentes redutores: borano dimetilamina (DMAB) e NaBH4 (borohidreto de sódio).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Gel de preparação do Au.
	<ol>
<li>Pipete 0,5 mL de 0.1 M HAuCl4•3H2O solução para um tubo de microcentrifugadora 1,7 mL ou 2,0 mL. Vigorosamente, pipete 0,5 mL de DMAB dentro do tubo de microcentrifugadora com solução de ouro para assegurar uma mistura rápida de soluções de sal e agente redutor. Uma vez que as soluções são misturadas, coloque o tubo de microcentrifuga verticalmente em uma cremalheira do tubo com a tampa do tubo aberta. Nota: Se a tampa do tubo não for fechado, hidrogênio evolução de gás fará com que a pressão no interior para forçar a tampa para abrir pop e potencialmente pulverizar a mistura de redução.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Gel de preparação do Pd.
	<ol>
<li>Pipete 0,5 mL de solução de 0,1 M nd2PdCl4 para um tubo de microcentrifugadora 1,7 mL ou 2,0 mL. Vigorosamente Pipete 0,5 mL de NaBH4 para o tubo de microcentrifugadora com solução de paládio. O tubo de microcentrifuga verticalmente em uma cremalheira do tubo com a tampa do tubo estão abertos.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Gel de preparação do Pt.
	<ol>
<li>Pipete 0,5 mL de 0.1 M K2PtCl6 solução para um tubo de microcentrifugadora 1,7 mL ou 2,0 mL. Vigorosamente, pipete 0,5 mL de DMAB dentro do tubo de microcentrifugadora com solução de platina. O tubo de microcentrifuga verticalmente em uma cremalheira do tubo com a tampa do tubo estão abertos.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Inversão do tubo.
	<ol>
<li>Em cerca de 5 min, tampar os tubos microcentrifuga e inverta suavemente o 3 - 5 vezes para ajudar a coalescência de partículas de metal não faz parte do gel metal. Garantir que as tampas do tubo são imediatamente estreantes depois invertendo os tubos, e substituir os tubos em um rack para manter a orientação vertical do tubo.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Equilibração.<ol>
<li>Enquanto géis Au, Pd e Pt formam-se inicialmente em poucos minutos, deixe nascentes géis em solução de agente redutor para 3-6 h permitir completa redução de íons metálicos e para minimização de superfície livre de energia ocorrer. Nota: Metal géis ocupam um volume menor do que o volume inicial de solução mista de íon e agente redutor metal. Uma contração de volume adicional ligeira pode ser observada durante o tempo da equilibração, é mais pronunciada para géis de ouro e acredita-se ser devido a25de amadurecimento de Ostwald.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Gel de lavagem.<ol>
<li>Para Au, Pd e Pt géis após o período de equilíbrio, remover o excesso de agente redutor de solução, mas deixar volume de solução suficiente para que o gel metal permanece submerso. Certifique-se de que o menisco de solução não entra em contato com o gel de metal. Nota: Embora o metal geles são suficientemente estáveis para transferir entre soluções com uma espátula, capilar força devido ao contato com o menisco solução irá deformar-se e comprimir os geles, resultando em um aumento na densidade final de aerogel. Isto exige que alguma solução de agente redutor permanece no tubo com o gel submergido quando a transferência de água desionizada.</li>
		<li>Pipete lentamente água desionizada até o topo dos tubos de microcentrifuga de reação. Mergulhe o tubo de microcentrifugadora em um tubo cônico de 50 mL de água desionizada e permitir que o gel deslizar fora do tubo de microcentrifugadora.</li>
		<li>Deixe o gel em água desionizada para 24h e substituir a água às 12 h. Fazer para não permitir que um menisco líquido entrar em contacto com o gel.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. área de superfície eletroquímica (ECSA) caracterização de géis de Metal molhados
Nota: Caracterização eletroquímica é executada em géis metais molhados antes da realização de liofilização. A ECSA resultante é então uma estimativa da superfície da estrutura final aerogel. Medições de adsorção de nitrogênio são usadas para estimar a área de superfície da aerogels secas.
<ol><li>
Troca de solvente.<ol>
<li>Retire o máximo de água desionizada da UA, Pd e Pt Enxagúe soluções quanto possível e garantir que o menisco líquido não entra em contato com o gel.</li>
		<li>Adicione 50 mL, 0,5 M de KCl para os tubos cónicos a fim de trocar a água desionizada com eletrólito dentro dos poros do gel de apoio. Deixe o gel em solução de KCl por 24 h.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparação do eletrodo de trabalho.
	<ol>
<li>Revesti um eletrodo de fio de platina de 1mm com laca não-reativo, usando uma escova de cerdas bem ou outro dispositivo de aplicação deixando um comprimento de 4-5 mm da ponta do fio exposto.</li>
		<li>Deixe 20 minutos para o verniz secar.</li>
		<li>Aplica pelo menos duas demãos de laca.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
set-up 3-eletrodo de célula.
	<ol>
<li>Use uma armação de celular 3-eletrodo com um Ag/AgCl (3M saturado) referência elétrodo, um 0,5 mm diâmetro Pt fio auxiliar/contador e o eletrodo de trabalho revestido de laca.</li>
		<li>Corte um tubo cônico de plástico 50 mL ao meio e usar como um frasco de eletroquímico.</li>
		<li>Entre em contato com o gel com o eletrodo de trabalho com um dos dois métodos: 1) empalado gel, ou modo 2) contato.<ol>
<li>
Trabalhando eletrodo - gel empalado.<ol>
<li>Com o gel na parte inferior do tubo cónico modificados 50ml, insira cuidadosamente o eletrodo revestido de laca no gel. Nota: O método de gel empalado prova mais eficaz com Au géis, Considerando que o Pd e Pt geles fratura mais frequentemente após inserção do eléctrodo.</li>
			</ol>
</li>
			<li>
Eletrodo de trabalho - entre em contato com a modalidade.<ol>
<li>Introduza o tubo cônico ao longo da superfície interna do eletrodo de trabalho revestido de laca e descansar o gel de metal na parte superior do fio exposto Pt o eletrodo de trabalho.</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Espectroscopia de impedância eletroquímica (EIS).<ol>
<li>Execute potentiostatic que sie varreduras com frequências entre 100 MHz e 1 mHz, utilizando uma onda de seno de amplitude 10 do mV. No caso de estouros atuais, use galvanostatic sie com a mesma frequência e uma onda de seno de amplitude 100 – 200 mA.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Determinação da área de superfície de eletroquímica (ECSA) de dados do sie.<ol>
<li>Para Z ", o componente imaginário de impedância, ao menor frequência EIS f de 1 mHz e dividindo pela massa da amostra, m, use a seguinte equação para determinar a capacitância específica, Csp: C SP = 1 / (2 πfZ "m) (1) Nota: dado que a ECSA é determinado a partir de um gel molhado antes de liofilização na etapa 3 abaixo, determine a massa, assumindo que todos os íons metálicos em solução são reduzidos para formar o gel. Partindo desse pressuposto, qualquer rendimento real menor que 100% resultará em subestimar Csp.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Voltametria cíclica (CV).<ol>
<li>Use as taxas de varredura de 100, 75, 50, 25, 10, 5 e 1 mV/s para medições de CV. Use faixas de tensão de-0.2 a 0,2 V (vs Ag/AgCl) para Au géis e selecione 0,1 a 0,4 V para géis de Pd e Pt evitar a adsorção de hidrogênio e dessorção e oxidação-redução de metais.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Determinação da área de superfície de eletroquímica (ECSA) de dados de CV.<ol>
<li>Usar a mais lento taxa de varredura de CV de 1 mV/s e calcular a capacitância específica com a equação: C SP = (∫ivdv) / (2μmΔV) (2) Nota: I e v estão aqui a corrente e o potencial no scan CV (A e V), taxa de varredura é μ (V/s), massa do gel é m (g) e ΔV é a janela potencial da descarga (vs Ag/AgCl).</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Aerogel preparação e caracterização.
<ol><li>Remover a água desionizada enxaguadura para géis Au, Pd e Pt no passo 1.8 e garantir que o menisco de água não entra em contacto com os géis de metal.</li>
	<li>Coloque o gel em um freezer-80 ° C para não menos de 30 min. transferência de metal congelado geles para um congelamento secador com uma ponto de ajuste de pressão de 4 Pa ou inferior.</li>
</ol>

<ol><li>Rolison, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Catalytic+Nanoarchitectures-the+Importance+of+Nothing+and+the+Unimportance+of+Periodicity%5BTitle%5D)+AND+%22Science%22%5BJournal%5D)">Catalytic Nanoarchitectures-the Importance of Nothing and the Unimportance of Periodicity.</a> Science. 299, 1698-1701 (2003).</li>
<li>Wei, T., Chen, C., Chang, K., Lu, S., Hu, C. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm9007365">Cobalt Oxide Aerogels of Ideal Supercapacitive Properties Prepared with an Epoxide Synthetic Route.</a> Chemistry of Materials. 21, 3228-3233 (2009).</li>
<li>Anderson, M., Morris, C., Stroud, R., Merzbacher, C., Rolison, D. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la980784i">Colloidal Gold Aerogels: Preparation, Properties, and Characterization.</a> Langmuir. 15, 674-681 (1999).</li>
<li>Gaponik, N., Herrmann, A., Eychmuller, A. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jz201357r">Colloidal Nanocrystal-Based Gels and Aerogels: Material Aspects and Application Perspectives.</a> Journal of Physical Chemistry Letters. 3, 8-17 (2012).</li>
<li>Olsson, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Making+flexible+magnetic+aerogels+and+stiff+magnetic+nanopaper+using+cellulose+nanofibrils+as+templates%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Making flexible magnetic aerogels and stiff magnetic nanopaper using cellulose nanofibrils as templates.</a> Nature Nanotechnology. 5, 584-588 (2010).</li>
<li>Anderson, M., Morris, C., Stroud, R., Merzbacher, C., Rolison, D. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/la980784i">Colloidal Gold Aerogels: Preparation, Properties, and Characterization.</a> Langmuir. 15, 674-681 (1999).</li>
<li>Gaponik, N., Herrmann, A., Eychmuller, A. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jz201357r">Colloidal Nanocrystal-Based Gels and Aerogels: Material Aspects and Application Perspectives.</a> Journal of Physical Chemistry Letters. 3, 8-17 (2012).</li>
<li>Hodge, A., Hayes, J., Cao, J., Biener, J., Hamza, A. <a target="_blank" href="https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adem.200600079">Characterization and Mechanical Behavior of Nanoporous Gold.</a> Advanced Engineering Materials. 8, 853-857 (2006).</li>
<li>Hodge, A., et al. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1359645406007221">Scaling equation for yield strength of nanoporous open-cell foams.</a> Acta Materialia. 55, 1343-1349 (2007).</li>
<li>Ambrosi, A., Chua, C., Bonanni, A., Pumera, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Electrochemistry+of+Graphene+and+Related+Materials%5BTitle%5D)+AND+%22Chemical+Reviews%22%5BJournal%5D)">Electrochemistry of Graphene and Related Materials.</a> Chemical Reviews. 114, 7150-7188 (2014).</li>
<li>Maillard, F., et al. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/is/content/articlelanding/2005/cp/b411377b">Influence of particle agglomeration on the catalytic activity of carbon-supported Pt nanoparticles in CO monolayer oxidation.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 7, 385-393 (2005).</li>
<li>Zhao, P., Li, N., Astruc, D. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0010854512002305">State of the art in gold nanoparticle synthesis.</a> Coordination Chemistry Reviews. 257, 638-665 (2013).</li>
<li>Wen, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Controlling+the+Growth+of+Palladium+Aerogels+with+High-Performance+toward+Bioelectrocatalytic+Oxidation+of+Glucose%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Controlling the Growth of Palladium Aerogels with High-Performance toward Bioelectrocatalytic Oxidation of Glucose.</a> Journal of American Chemical Society. 136, 2727-2730 (2014).</li>
<li>Jana, N., Gearheart, L., Murphy, C. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/1521-4095%28200109%2913:18%3C1389::AID-ADMA1389%3E3.0.CO;2-F/abstract">Seed-Mediated Growth Approach for Shape-Controlled Synthesis of Spheroidal and Rod-like Gold Nanoparticles Using a Surfactant Template.</a> Advanced Materials. 13, 1389-1392 (2001).</li>
<li>Ding, Y., Chen, M., Erlebacher, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Metallic+Mesoporous+Nanocomposites+for+Electrocatalysis%5BTitle%5D)+AND+%22Journal+of+American+Chemical+Society%22%5BJournal%5D)">Metallic Mesoporous Nanocomposites for Electrocatalysis.</a> Journal of American Chemical Society. 126, 6876-6877 (2004).</li>
<li>Liu, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High-Performance+Electrocatalysis+on+Palladium+Aerogels%5BTitle%5D)+AND+%22Angewandte+Chemie.+International+Edition%22%5BJournal%5D)">High-Performance Electrocatalysis on Palladium Aerogels.</a> Angewandte Chemie. International Edition. 51, 5743-5747 (2012).</li>
<li>Herrmann, A., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm4033258">Multimetallic Aerogels by Template-Free Self-Assembly of Au, Ag, Pt, and Pd Nanoparticles.</a> Chemistry of Materials. 26, 1074-1083 (2014).</li>
<li>Ameen, K., Rajasekharan, T., Rajasekharan, M. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0022309306001852">Grain size dependence of physico-optical properties of nanometallic silver in silica aerogel matrix.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 352, 737-746 (2006).</li>
<li>Qin, G., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp800923h">A Facile and Template-Free Method to Prepare Mesoporous Gold Sponge and Its Pore Size Control.</a> Journal of Physical Chemistry C. 112, 10352-10358 (2008).</li>
<li>Krishna, K., Sandeep, C., Philip, R., Eswaramoorthy, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Mixing+Does+the+Magic%3A+A+Rapid+Synthesis+of+High+Surface+Area+Noble+Metal+Nanosponges+Showing+Broadband+Nonlinear+Optical+Response%5BTitle%5D)+AND+%22ACS+Nanotechnology%22%5BJournal%5D)">Mixing Does the Magic: A Rapid Synthesis of High Surface Area Noble Metal Nanosponges Showing Broadband Nonlinear Optical Response.</a> ACS Nanotechnology. 5, 2681-2688 (2010).</li>
<li>Kistler, S. <a target="_blank" href="https://www.nature.com/articles/127741a0">Coherent Expanded Aerogels and Jellies.</a> Nature. 127, 741-741 (1931).</li>
<li>Du, A., Zhou, B., Zhang, Z., Shen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((A+Special+Material+or+a+New+State+of+Matter%3A+A+Review+and+Reconsideration+of+the+Aerogel%5BTitle%5D)+AND+%22Materials%22%5BJournal%5D)">A Special Material or a New State of Matter: A Review and Reconsideration of the Aerogel.</a> Materials. 6, 941-968 (2013).</li>
<li>Tappan, B., Steiner, S., Luther, E. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.200902994/pdf">Nanoporous Metal Foams.</a> Angewandte Chemie. International Edition. 49, 4544-4565 (2010).</li>
<li>Burpo, F., et al. <a target="_blank" href="https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-materials-research/article/direct-solutionbased-reduction-synthesis-of-au-pd-and-pt-aerogels/F91C878FD9BDC2523DA004ED342FBB39">Direct solution-based reduction synthesis of Au, Pd, and Pt aerogels.</a> Journal of Materials Research. 32, 4153-4165 (2017).</li>
<li>Ostwald, W. Blocking of Ostwald ripening allowing long-term stabilization. PhysicalChemistry. 37, 385(1901).</li>
<li>Wang, S., Tseng, W. <a target="_blank" href="https://link.springer.com/article/10.1007/s11051-008-9482-0">Aggregate structure and crystallite size of platinum nanoparticles synthesized by ethanol reduction.</a> Journal of Nanoparticle Research. 11, 947-953 (2009).</li>
<li>Schneider, C., Rasband, W., Eliceiri, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((NIH+Image+to+ImageJ%3A+25+years+of+image+analysis%5BTitle%5D)+AND+%22Nature+Methods%22%5BJournal%5D)">NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis.</a> Nature Methods. 9, 671-675 (2012).</li>
<li>Thommes, M., et al. <a target="_blank" href="https://www.degruyter.com/view/j/pac.2015.87.issue-9-10/pac-2014-1117/pac-2014-1117.xml?format=INT&intcmp=trendmd">Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report).</a> Pure and Applied Chemistry. 87, 1051-1069 (2015).</li>
<li>Barrett, E., Joyner, L., Halenda, P. <a target="_blank" href="http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01145a126">The Determination of Pore Volume and Area Distributions in Porous Substances. I. Computations from Nitrogen Isotherms.</a> Journal of the American Chemical Society. 73, 373-380 (1951).</li>
<li>Brunauer, B., Emmett, P., Teller, P. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/ja01269a023">Adsorption of Gases in Multimolecular Layers.</a> Journal of the American Chemical Society. 60, 309-319 (1938).</li>
<li>Herrmann, A., et al. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/cm4033258">Multimetallic Aerogels by Template-Free Self-Assembly of Au, Ag, Pt, and Pd Nanoparticles.</a> Chemistry of Materials. 26, 1074-1083 (2014).</li>
<li>Kornyshev, A., Irbakh, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Double-layer+capacitance+on+a+rough+metal+surface%5BTitle%5D)+AND+%22Physical+Review+E%22%5BJournal%5D)">Double-layer capacitance on a rough metal surface.</a> Physical Review E. 53, 6192-6199 (1996).</li>
<li>Bisquert, J. <a target="_blank" href="http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2000/cp/b001708f">Influence of the boundaries in the impedance of porous film electrodes.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 2, 4185-4192 (2000).</li>
<li>Bisquert, J. <a target="_blank" href="https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jp011941g">Theory of the Impedance of Electron Diffusion and Recombination in a Thin Layer.</a> Journal of Physical Chemistry B. 106, 325-333 (2002).</li>
<li>Lu, K., Yuan, L., Xin, X., Xu, Y. <a target="_blank" href="https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0926337317311815">Hybridization of graphene oxide with commercial graphene for constructing 3D metal-free aerogel with enhanced photocatalysis.</a> Applied Catalysis B. 226, 16-22 (2018).</li>
<li>Nystron, G., Roder, L., Fernandez-Ronco, M., Mezzenga, R. <a target="_blank" href="http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201703609/full">Amyloid Templated Organic Inorganic Hybrid Aerogels.</a> Advanced Functional Materials. , 1703609-1703620 (2017).</li>
</ol>

Os autores não têm nada para divulgar.

O método de síntese de aerogel de metal nobre aqui apresentados resultados na formação rápida de monólitos porosos, de alta área de superfície que são comparáveis às técnicas de síntese mais lentas. A solução do íon metálico de 1:1 (v/v) à relação de solução de agente redutor é fundamental para facilitar o modelo de formação de gel de proposta. A evolução de gás hidrogênio rápida como um subproduto da redução eletroquímica de íons do metal serve como um agente redutor secundário e facilita a densificação e fusão de nanop...

Uma ampla gama de conversão e armazenamento de energia, catálise e aplicações do sensor beneficiar de nanoestruturas metálicas tridimensionais que fornecem controle sobre reatividade química e transporte de massa propriedades1,2, 3,4,5. Tais nanoestruturas metálicas 3-dimensional mais aumentar a condutividade, ductilidade, maleabilidade e força8,9. Integração com dispositivos exige que os materiais ser independente ou combinada com materiais de apoio. Incorporação de nanomateriais em estruturas de apoio fornece um meio de minimizar o material ativo, mas pode sofrer de adsorção fraca e eventual aglomeração durante operação de dispositivo10,11.
Enquanto há uma variedade de métodos de síntese para controlar a forma e tamanho de nanopartículas individuais, algumas abordagens permitem controle sobre nanomateriais 3-dimensional contíguo12,13,14. 3-dimensional nanoestruturas de metais nobres foram formadas através de enlace de dithiol de nanopartículas monodisperso, formação de sol-gel, coalescência de nanopartículas, materiais compósitos, nanosphere correntes e biotemplating de15,16 , 17 , 18. muitas dessas abordagens exigem tempos de síntese na ordem de dias ou semanas para produzir os materiais desejados. Metal nobre nanofoams sintetizados a partir da redução direta de soluções de sal precursor foram preparadas com um calendário de síntese mais rápido e com ordem de curto alcance de centenas de micrômetros de comprimento, mas exigem mecânicos pressionando para a integração do dispositivo 19 , 20.
Primeiro relatado por Kistler, aerogels fornecer uma rota de síntese para atingir estruturas porosas com áreas de superfície específicas alta que são ordens de magnitude menos densas do que seu volume material homólogos21,22,23 . Estender-se estruturas 3-dimensional para a escala de comprimento macroscópico de materiais a granel oferece uma vantagem sobre nanopartículas agregados ou nanofoams que exigem materiais de apoio ou processamento mecânico. Enquanto aerogels fornecer uma rota de síntese para controlar a porosidade e tamanho das partículas característica, no entanto, estendidos vezes de síntese e em alguns casos, o uso de tampar agentes ou moléculas de vinculador, aumento geral de passos e tempo de processamento.
Aqui um método para sintetizar ouro, paládio e platina aerogels através de uma redução rápida e directa baseados em solução é apresentado24. Combinando vários íons de metal nobre de precursor com agentes de redução em 1:1 resultados de relação (v/v) na formação de géis de metal dentro de segundos a minutos em comparação com muito mais vezes de síntese para outras técnicas, como o sol-gel. O uso de um tubo de microcentrifugadora ou tubo cónico de pequeno volume aproveita a evolução de gás hidrogênio vigoroso como um subproduto da etapa de redução, facilitando um proposta de nucleação, crescimento, densificação, fusão, modelo de equilíbrio para a formação de gel. Uma correlação estreita em tamanhos de recurso nanostructure aerogel é determinada com varredura de análise de imagem de microscopia eletrônica de varredura, difratometria raio-x, adsorção de gás nitrogênio, espectroscopia de impedância electroquímica e voltametria cíclica. O solvente acessível superfície específica é determinada com espectroscopia de impedância electroquímica e voltametria cíclica. Esse método de síntese para metal nobre aerogels demonstra essa alta área de superfície específica monólitos podem ser alcançados com uma abordagem de redução rápida e direta.

<table><tbody><tr><td>HAuCl4&Yuml; &touro; 3H2O&nbsp;</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>16961-25-4</td><td></td></tr><tr><td>Na2PdCl4</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13820-40-1</td><td></td></tr><tr><td>K2PtCl6</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>16921-30-5</td><td></td></tr><tr><td>Pd(NH3)4Cl2</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13933-31-8</td><td></td></tr><tr><td>K2PtCl4</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>10025-99-7</td><td></td></tr><tr><td>Pt(NH3)4Cl2&Yuml; &touro; H2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>13933-31-8</td><td></td></tr><tr><td>dimetilamina borano (DMAB)</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>74-94-2</td><td></td></tr><tr><td>NaBH4</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>16940-66-2</td><td></td></tr><tr><td>NaH2PO2&Yuml; &touro; H2O</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>10039-56-2</td><td></td></tr><tr><td>Etanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>792780</td><td></td></tr><tr><td>Tubos de Microcentrífuga com Tampa de Pressão, 2.0 mL</td><td>Cole Parmer</td><td>UX-06333-70</td><td></td></tr><tr><td>Tubos de Microcentrífuga de Tampa de Pressão, 1.7 mL</td><td>Cole Parmer</td><td>UX-06333-60</td><td></td></tr><tr><td>Tubos de Centrífuga Cônicos 15mL</td><td>Stellar Scientific</td><td>T15-101&nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>Eletrodo de referência Ag / AgCl</td><td>BASi</td><td>MF-2052</td><td></td></tr><tr><td>Eletrodo de fio Pt</td><td>BASi</td><td>MF-4130</td><td></td></tr><tr><td>Miccrostop Laca</td><td>Tober Divisão Química</td><td>NA</td><td></td></tr><tr><td>Potenciostato</td><td>Biológico-EUA</td><td>VMP-3</td><td>Análise eletroquímica-EIS,</td></tr><tr><td>Liofilizador</td> CV <td>Labconco</td><td>Freezone 2,5 litros</td><td>Aerogel liofilização</td></tr><tr><td>XRD</td><td>PanAlytical</td><td>Empyrean</td><td>Difratometria de raios X</td></tr><tr><td>Analisador de superfície e poros</td><td>Quantachrome</td><td>NOVA 4000e</td><td>Adsorção de gás nitrogênio</td></tr><tr><td>ImageJ, software de análise de imagem</td><td>National Institute of Health</td><td>NA</td><td>Análise de imagem SEM</td></tr></tbody></table>

um método de síntese rápida para au, pd e pt aerogels através de redução direta baseada em solução

A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction

Aqui, apresenta-se um método para sintetizar ouro, paládio e platina aerogels através de uma redução com base em solução rápida, direta. A combinação de vários íons de metal nobre de precursor com agentes de redução em um resultados de proporção 1:1 (v/v) na formação de géis de metal dentro de segundos a minutos em comparação com muito mais vezes de síntese para outras técnicas, como o sol-gel. Realizar a etapa de redução numa microcentrifuga tubo ou tubo cónico de pequeno volume facilita uma proposta de nucleação, crescimento, densificação, fusão, modelo de equilíbrio para a formação de gel, com gel de final geometria menor do que o volume de reação inicial. Este método aproveita a evolução de gás hidrogênio vigoroso como um subproduto da etapa de redução e como consequência de concentrações de reagente. O solvente acessível superfície específica é determinada com espectroscopia de impedância electroquímica e voltametria cíclica. Após enxaguar e liofilização, a estrutura resultante de aerogel é examinada com varredura, microscopia eletrônica de varredura, difratometria de raios-x e adsorção de gás nitrogênio. As técnicas de método e caracterização de síntese resultam em uma estreita correspondência de tamanhos de ligamento de aerogel. Esse método de síntese para metal nobre aerogels demonstra essa alta área de superfície específica monólitos podem ser alcançados com uma abordagem de redução rápida e direta.

A adição de metal íon e agente redutor soluções juntas resulta em soluções imediatamente transformar uma cor escura preta, com evolução de gás vigoroso. Observação do progresso reação sugere que o mecanismo de formação de gel de propostas mostrado na Figura 1. Formação de gel procede por cinco etapas de nucleação de nanopartículas 1) 2) crescimento, 3) densificação, 4) fusão e 5) equilibração. As quatro primeiras etapas são observadas para ocorrer durante os ...

Um método de síntese de redução de baseados em solução rápida e directa para obter aerogels Au, Pd e Pt é apresentado.

Um método de síntese rápida para Au, Pd e Pt Aerogels através de redução direta baseada em solução

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various ...

Este método pode ajudar a responder a questões-chave no campo do aerogel sobre a possibilidade de sintetizar diretamente aerogéis metálicos a partir de soluções aquosas em vez de nanopartículas pré-formadas. Outros métodos, como géis de sol, requerem tempos muito mais longos para a coalescência das nanopartículas. As implicações desta técnica se estendem para aplicações de catálise e sensoriamento devido à alta área superficial dos aerogéis de metais nobres e à falta de materiais de suporte.Embora esse método possa fornecer informações sobre a síntese direta de aerogel, ele também pode ser aplicado a outras técnicas de síntese, como biomodelagem, para obter melhor controle de forma sobre os monólitos de aerogel. Para iniciar o procedimento, prepare dois mililitros de soluções 0,1 molar de cloreto de ouro (III) trihidratado e tetracloropaladato de sódio em água deionizada. Agite vigorosamente e vortex as soluções para dissolver os sais.Deixe a solução de paládio descansar por algumas horas para garantir a dissolução completa. Prepare dois mililitros de hexacloroplatinato de potássio 0,1 molar em uma mistura de um a um por volume de água deionizada e etanol. Agite vigorosamente e vortex a mistura até que os sais se dissolvam.Prepare 10 mililitros de cada uma das soluções 0,1 molar de dimetilamina borano e borohidreto de sódio em água deionizada. Vortex as soluções por um a dois minutos para garantir a dissolução completa. Em seguida, transfira 0,5 mililitros da solução de ouro para um tubo de microcentrífuga de 1,7 mililitro ou dois mililitros.Pipete com força 0,5 mililitros de DMAB no tubo para misturar rapidamente o sal e o agente redutor. Coloque o tubo da microcentrífuga em um rack, deixando a tampa aberta para permitir que o gás hidrogênio escape. Da mesma forma, combine 0,5 mililitros da solução de platina com 0,5 mililitros de DMAB e 0,5 mililitros da solução de paládio com 0,5 mililitros de borohidreto de sódio.Aproximadamente cinco minutos após o início da reação, tampe os tubos da microcentrífuga e inverta-os suavemente três a cinco vezes para ajudar na coalescência de partículas de metal que não fazem parte do gel de metal. Destampe imediatamente os tubos e devolva-os ao rack após a inversão. Deixe os géis metálicos nascentes nas soluções de agente redutor por três a seis horas para permitir a redução completa dos íons metálicos e a minimização da energia livre da superfície.Em seguida, remova cuidadosamente o excesso de agente redutor de cada tubo, garantindo que permaneça solução suficiente para que o menisco não entre em contato com o gel. Pipete lentamente a água deionizada nos tubos da microcentrífuga até que estejam completamente cheios. Em seguida, encha três tubos cônicos de 50 mililitros com água deionizada.Mergulhe cada tubo de microcentrífuga em um tubo de água deionizada e deixe cada gel deslizar de seu tubo de microcentrífuga para o tubo maior. Mova suavemente o gel com uma espátula, se necessário. Tampe os tubos e deixe os géis em água deionizada por 24 horas.Substitua a água após 12 horas por troca de solvente. Não permita que o menisco entre em contato com os géis enquanto repõe a água. Para iniciar o procedimento EIS para géis metálicos úmidos, remova o máximo de água possível sem que o menisco entre em contato com os géis enxaguados.Adicione 50 mililitros de cloreto de potássio 0,5 molar a cada tubo e deixe os géis de molho por 24 horas. Em seguida, use uma escova de cerdas finas para revestir um eletrodo de fio de potássio de um milímetro com verniz não reativo, deixando de quatro a cinco milímetros expostos na ponta. Deixe a laca secar por 20 minutos.Aplique pelo menos mais uma camada de verniz da mesma forma. Em seguida, corte um tubo cônico de 50 mililitros ao meio para servir como frasco eletroquímico. Insira um eletrodo de referência saturado de cloreto de prata-prata e um contra-eletrodo de fio de potássio de 0,5 milímetro através de uma tampa ou junta perfurada para o tubo modificado.Conecte os três eletrodos a um potenciostato. Transfira um dos géis e seu eletrólito para o tubo modificado despejando suavemente o eletrólito e o gel equilibrado no tubo sem deixar o gel entrar em contato com a interface líquido-ar. Certifique-se de que o gel esteja assentado no fundo do tubo e adicione eletrólito, se necessário.Em seguida, coloque a tampa no tubo e ajuste os eletrodos de referência e contador conforme necessário. Para o gel de ouro, insira suavemente a ponta nua do eletrodo de trabalho revestido de laca no gel. Para os géis de paládio e platina, coloque o eletrodo de trabalho revestido com laca no frasco cônico ao longo da superfície interna e apoie o gel de metal em cima da ponta do fio de platina desencapado.Realize varreduras EIS potenciostáticas com frequências entre 100 megahertz e um milihertz usando uma onda senoidal de amplitude de 10 milivolts. Em caso de estouro de corrente, use um EIS galvanostático com a mesma faixa de frequência e uma amplitude de onda senoidal de 100 a 200 miliamperes. Após a caracterização eletroquímica, enxágue os géis com água deionizada por 24 horas, conforme descrito no final da síntese do gel.Em seguida, remova o máximo possível do enxágue sem deixar o menisco entrar em contato com os géis. Congele os géis a 80 graus Celsius negativos por 30 minutos. Por fim, liofilize os géis em um liofilizador com um ponto de ajuste de pressão de quatro pascais ou menos para obter os aerogéis metálicos.Os aerogéis de ouro, paládio e platina apresentaram hidrofobicidade característica e propriedades comparáveis aos géis formados por técnicas de síntese mais lentas. A microscopia eletrônica de varredura mostrou que os aerogéis de ouro tinham grandes nanoporos e ligamentos lisos. Os aerogéis de paládio e platina tinham uma estrutura de esferas em uma corda com nanopartículas fundidas e ligamentos mais estreitos.O aerogel de platina tinha uma gama maior de diâmetros de estrutura de macroporos do que o aerogel de paládio, o que foi atribuído à estabilidade das nanopartículas de platina, exigindo o uso de etanol para impulsionar a coalescência e a consequente facilidade de evolução de grandes bolhas de gás hidrogênio durante a formação do gel. A difração de raios X mostrou picos característicos para os respectivos metais sem óxidos detectáveis. As isotermas de fisissorção gasosa de nitrogênio foram do Tipo IV, que é característica de materiais mesoporosos.A distribuição do tamanho dos poros e o volume cumulativo de poros modelados a partir das isotermas mostraram tamanhos de poros predominantemente na faixa de dois a 50 nanômetros, confirmando que os aerogéis eram mesoporosos. Os espectros de impedância eletroquímica foram ajustados com um modelo de linha de transmissão baseado em um modelo de circuito equivalente de Randle modificado. As capacitâncias específicas e as áreas de superfície específicas foram calculadas a partir dos dados EIS.Esses valores foram consistentes com as capacitâncias específicas e áreas de superfície determinadas a partir de experimentos de voltametria cíclica. Desenvolvemos a ideia para este método com base na combinação de soluções de metais nobres de 100 milimolares e agentes redutores para outros projetos antes de descartá-los e observar a rápida formação de géis metálicos. Uma vez dominada, essa técnica pode resultar em géis de metais nobres minutos antes das etapas de enxágue e secagem.Ao tentar este procedimento, lembre-se de evitar o contato dos géis metálicos com a interface líquido-ar para evitar a compactação do gel. Após este procedimento, outros métodos, como biotemplatação, podem ser realizados para enfrentar os desafios do controle da forma do aerogel.

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Research

JoVE Journal

Chemistry

Química

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Um método de síntese rápida para Au, Pd e Pt Aerogels através de redução direta baseada em solução

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