Синтез и свойства Fe-легированного алюмосиликатных нанотрубках с расширенными Electron проводящими свойствами

Общая цель этой процедуры заключается в синтезе легированных железом алюмосиликатных нанотрубок типа имоголита с определенными текстурными и поверхностными свойствами и уменьшенной запрещенной зоной по отношению к собственному имоголиту. Этот метод позволяет получать нанотрубки, легированные железом, с максимальным содержанием железа 1,4 весовых процента либо путем прямого синтеза, либо путем постсинтезовой нагрузки. Основным преимуществом постсинтезового легирования является простота процедуры.

Так как легирование происходит путем ионного обмена алюминия на внешней поверхности предварительно сформированных нанотрубок. Важным последствием легирования железом является то, что запрещенная зона имоголита снижается с 4,9 до 2,8 и 2,4 электронвольт, что особенно актуально для фотокаталитических и полупроводниковых применений. Поверхностное железо с трех сторон образует каналы с анионными азокрасителями, которые могут быть использованы для исследования электростатических и лигандных взаимодействий на поверхностях нанотрубок.

Эта демонстрация этого метода имеет решающее значение, так как образование нанотрубок строго зависит от использования правильных условий синтеза. Чтобы начать синтез нанотрубок, в сухой среде поместите 187,7 миллилитров дважды дистиллированной воды в двухлитровый стакан. Добавьте 1,3 миллилитра 70% хлорной кислоты для получения 80 миллимолярного раствора и выложите смесь на тарелку для перемешивания.

С помощью градуированной пипетки поместите восемь миллилитров алюминиевого три-сек-бутоксида в небольшую мензурку. Добавьте 3,8 миллилитра тетраэтилортосиликата с помощью другой градуированной пипетки и осторожно перемешайте, пока смесь не станет прозрачной и бесцветной. Небольшое превышение TEOS по отношению к стехиометрическому соотношению кремния и алюминия должно быть использовано для предотвращения преимущественного образования других фаз.

Добавьте смесь ATSB TEOS, капните в раствор хлорной кислоты во время помешивания. Продолжайте помешивать в течение 18 часов до получения прозрачной смеси. Добавьте в смесь для перемешивания 1,3 литра дважды дистиллированной воды.

Продолжайте помешивать в течение 20 минут. Разведенную смесь поместите в толстостенный автоклавный реактор из ПТФЭ и нагрейте до 100 градусов Цельсия в течение четырех дней для полимеризации смеси. Разбавление реакционной смеси имеет решающее значение, поскольку конденсация ортокремниевой кислоты препятствует образованию нанотрубок.

Оптимальная температура должна быть в пределах от 95 до 100 градусов. При снижении температуры уменьшается образование нанотрубок, в то время как при повышении температуры образуются примеси. После нагревания соберите нанотрубки в фильтр толщиной 0,02 микрона.

Промойте нанотрубки двойной дистиллированной водой и наблюдайте за отфильтрованным твердым веществом. Высушите нанотрубки в духовке при температуре 50 градусов Цельсия в течение одного дня, чтобы получить имоголитовые нанотрубки в виде белого порошка. Чтобы начать постсинтезовую загрузку, диспергируйте 0,25 грамма нанотрубок IMO в 15 миллилитрах дважды дистиллированной воды.

Добавьте 0,025 грамма железа и три хлорида гексагидрата и перемешивайте смесь в течение 18 часов. Затем добавьте в красновато-коричневую смесь три миллилитра воды и 1,5 миллилитра гидроксида аммония, чтобы осадить оксогидроксиды железа. Отфильтруйте смесь, промойте твердые вещества водой двойной дистилляции и высушите при температуре 120 градусов Цельсия в течение 48 часов, чтобы изолировать нанотрубки iron-L-IMO.

Чтобы начать синтез нанотрубок, легированных железом, в сухой среде растворите 0,1 грамма треххлоридного гексагидрата железа в 190 миллилитрах 80 миллимолярного раствора хлорной кислоты в дважды дистиллированной воде путем перемешивания. Приготовьте смесь из восьми миллилитров ATSB и 3,8 миллилитров TEOS с помощью градуированных пипеток. А затем добавить смесь по каплям в железный раствор, помешивая.

Убедитесь, что pH смеси равен четырем, а затем перемешивайте смесь в течение 18 часов, чтобы получить красновато-коричневую смесь. Добавьте в смесь 1,3 литра дважды дистиллированной воды и помешивайте в течение часа. Затем залейте смесь в автоклавный реактор из ПТФЭ.

Закройте реактор и нагревайте смесь в духовке при температуре 100 градусов Цельсия в течение четырех дней. Соберите твердые частицы, промойте их двойной дистиллированной водой и высушите при температуре 50 градусов Цельсия в течение ночи, чтобы изолировать железо с содержанием нанотрубок IMO 0,70. В мерной колбе приготовьте 200 миллилитров 0,67 миллимолярной кислоты раствора апельсиновой семерки в дважды дистиллированной воде.

Конечный pH раствора должен быть 6,8. Заполните кювету и получите пропускающий УФ-Вид спектр раствора красителя в качестве исходного эталона. Определите интенсивность полосы 484 нм, соответствующей таутомеру гидразона кислоты оранжевой семерки.

Для каждого образца поместите 50 миллилитров раствора красителя в 50 миллиграммов выделенных нанотрубок в темную бутылку и начните помешивать смесь. Через пять минут подготовьте пробирку и центрифугируйте пять миллилитров смеси в 835 раз G в течение трех минут. Сцеживаем надосадочную жидкость и определяем интенсивность полосы 484 нанометров.

Оставьте образец перемешивать на три дня, центрифугируя и анализируя части образца в установленное время. Контролируйте интенсивность полосы 484 нанометра, чтобы определить количество красителя, адсорбированного в нанотрубках с течением времени. Диффузные отражатели УФ-ВИД спектроскопии указывают на изоморфную замену железа три плюс на октаэдрический алюминий три плюс во всех легированных железом НТ.

Нагрузка после синтеза способствует образованию кластеров оксогидроксида железа, хотя кластеры также наблюдаются в НТ, синтезированных с более высоким содержанием железа. Поведение поверхностного заряда легированных железом NT аналогично нелегированным IMO NTs, однако способность удалять анионный краситель из раствора pH 6,8 варьируется. Поведение на плато в NTs железа 1,4 и железа 0,7 объясняется образованием аддуктов красителя железа.

Различия в площади поверхности и объеме указывают на то, что нагрузка после синтеза в первую очередь влияет на наружную поверхность NT. Таким образом, предполагается, что оксогидроксидные кластеры занимают большую часть поверхности железа-L NT. Ограничение площади поверхности, доступной для объемного красителя.

Считается, что кластеры оксогидроксида железа уменьшают запрещенную зону IMO, что согласуется с NT железа-L, имеющими наименьшую запрещенную зону. Но переход от d к d от кластеров может затруднить определение запрещенной зоны.

При выполнении этой процедуры важно использовать среду без влаги при работе с ATSB. Используя сухую среду, можно измерить прекурсор кремния и алюминия с помощью градуированной пипетки, избегая при этом гидролиза ATSB. После этой процедуры можно исследовать связанное с этим поведение других соединений, чтобы ответить на дополнительные вопросы об их активности в нанотрубках, легированных железом, таких как фотокаталитическая активность по отношению к органическим загрязнителям в воде.

Разработка технологии постсинтезового нагружения открывает возможность исследования замещения аналогичных катионов алюминия на внешней поверхности имоголита простым ионным обменом. После просмотра этого видео вы должны получить представление о том, как синтезировать и оценить легированные железом нанотрубки с химически активным железом трех скоординированных участков на поверхности.