Непрерывный поток фотокаталитический реактор точно контролируемой осаждения металлических наночастиц

Композиты благородных металлов с проводниками или полупроводниковыми материалами имеют обширные применения, начиная от медицинских технологий и кон конверсионные системы, но их обычные методы синтеза не подходят для коммерческого производства. Например, сокращение микроволновой печи является мощным методом, но он может обрабатывать только несколько миллилитров в каждой партии, в то время как коммерческое производство графена / платины на основе топливных элементов необходимо будет обрабатывать несколько литров подвески в течение нескольких минут. Для решения этой проблемы мы разработали фотоэлектрический реактор осаждения, который легко расширяется и может работать непрерывно.

В нашей системе фотодепозиции небольшие части реакционные средства освещаются в течение коротких, регулируемых периодов времени. Это позволяет нам эффективно контролировать процессы нуклеации и роста даже при масштабировании реактора. Для начала покройте внутреннюю поверхность 15-сантиметровой по-55-сантиметровой поливинилхлоридной трубой толстой, полированной, клейкой алюминиевой фольгой.

Пространство пять, 55-ваттные УФ-C лампы равномерно вокруг внутренней части трубы. Затем оберните кварцевую трубку 0,5 сантиметра на 55 сантиметров кусочками клейкой алюминиевой фольги, чтобы сформировать несколько одинаково широких окон, равномерно размеированных посередине трубки. Оставьте 2,5 сантиметра трубки на каждом конце.

Установите кварцевую трубку в центре трубки ПВХ, чтобы сформировать камеру освещения, и подключить непрозрачные пластиковые трубки к каждому концу. Затем, смонтировать трубу вертикально в дым капот, и исправить тяжелый вентилятор на нижнем конце для охлаждения, Далее, создать магнитный насос диска на поднятой платформе с нижней части насоса над верхней части магнитной пластины перемешать. Зажимать однолитровую сепараторную воронку чуть выше насоса.

Используйте T-установку и непрозрачные пластиковые трубки для подключения розетки сепараторной воронки к верхней части кварцевой трубки и ввеся магнитного насоса. Затем вставьте трубки со дна кварцевой трубки и насос розетки через перегородку одного литра бутылки оснащены перемешать бар так, что концы трубки два-три сантиметра выше перемешать бар. Эта бутылка будет резервуаром.

Затем подключите T-установку к клапанам отбора проб и эвакуации и длине непрозрачных пластиковых труб. Вставьте трубку в резервуар и соедините клапан отбора проб со шприцем. Наконец, запустить газовую выхлопную линию от резервуара до водяного пузыря.

Для начала синтеза добавьте два грамма графита и 100 миллилитров 98% по весу серной кислоты в 500-миллилитровую колбу Эрленмейера, оснащенную большим магнитным батончиком. Охладить смесь до нуля градусов по Цельсию в ледяной ванне, помешивая. Затем добавьте один грамм перманганата калия в течение одной минуты, помешивая.

Пусть смесь продолжать перемешивание в течение еще четырех минут. Повторите этот процесс еще пять раз, чтобы добавить в общей сложности шесть граммов в течение 30 минут. После того, как добавление завершено, удалить ванну, и продолжать перемешивание смеси в течение шести часов.

Затем охладить смесь в ледяной ванне, помешивая в течение 15 минут. Добавьте 250 миллилитров дистиллированной воды в перемешивание смеси. Удалите ледяную ванну и добавьте 10 миллилитров перекиси водорода в перемешивание смеси.

Затем добавьте сразу 20 миллилитров перекиси водорода и продолжайте помешивать при комнатной температуре в течение 30 минут. Центрифуга в результате подвески на 3500 г в течение 15 минут, и отказаться от супернатанта. Перемешать твердые тела в одном литре дистиллированной воды в течение 30 минут, центрифуга их снова, удалить супернатант, и проверить его рН.

Вымойте твердые тела таким образом, пока супернатант рН достигает пяти. Затем смешайте промытый осадок с 500 миллилитров одномолярной соляной кислоты и перемешайте в течение одного часа. Вымойте продукт до тех пор, пока супернатант рН не достигнет пяти.

Разогнать промытые твердые тела в одном литре дистиллированной воды, и sonicate смесь в течение трех часов при комнатной температуре. Центрифуга полученной смеси оксида графена в течение 15 до 20 минут при температуре 3500 г при комнатной температуре три раза, отбрасывая осадок каждый раз. Перенесите подвеску оксида графена в тонированную или завернутую в фольгу стеклянную бутылку.

Затем в три раза весят три сухих хрусталяций на аналитическом балансе. Встряхните подвеску оксида графена хорошо, и дайте ему поселиться в течение одной минуты. Затем налейте ровно 100 миллилитров суспензии в каждое блюдо.

Держите посуду в духовке при температуре от 70 до 80 градусов по Цельсию, пока их содержимое не будет полностью сухим. Затем взвесить каждое блюдо три раза на одном аналитическом балансе, и рассчитать сухой вес оксида графена в каждом блюде. Определите концентрацию подвески от среднего значения.

Затем разбавить подвеску до 0,2 грамма на литр и медленно добавить ее к равному объему четырехмолярного гидроксида натрия. Рефлюкс смеси при температуре 90 градусов по Цельсию в течение восьми часов, и дайте ему остыть до комнатной температуры. Вымойте частично уменьшенный осадок оксида графена до тех пор, пока супернатант не достигнет рН семь-восемь, а затем храните его в тонированной или завернутой в фольгу бутылке.

Приготовьте 540 миллилитров 50-миллиграммовой подвески с частично уменьшенным оксидом графена в дистиллированной воде и sonicate его в ледяной ванне в течение одного часа при 40%мощности. Затем добавьте 60 миллилитров этанола аналитического класса и прозедите смесь в ледяной ванне еще на час. Затем добавьте в графеновую смесь 169 микролитров весом 8% по весу, шестицветную шестицветноплатиновую кислоту, и продолжайте помешивать при комнатной температуре в течение 15 минут.

Затем вылейте смесь в сепаральную воронку реактора и остановите ее. Откройте стопкок, чтобы накормить реакциона в систему, и немедленно закройте его, когда воронка пуста, чтобы сохранить пузырьки газа из труб. Запуск насоса на 16 литров в минуту, и поток азота газа через реактор со скоростью, которая производит устойчивый поток пузырьков.

Перемешать подвеску при 1000 об/мин в течение 30 минут, чтобы удалить растворенный кислород. Затем уменьшите поток азота и включите ультрафиолетовые лампы. Через пять минут увеличьте поток азота и соедините 20-миллилитровый шприц Luer-Lok с линией образца.

Слегка удерживайте поршень шприца, чтобы он не выбрасывался, и откройте клапан отбора проб. Соберите 20 миллилитров подвески, закройте клапан для отбора проб и отсоедините шприц. Откройте клапан эвакуации трубки, чтобы промыть трубы, а затем закрыть клапан и уменьшить поток азота газа до прежнего уровня.

Центрифуга образца на 10 000 г в течение 10 минут, и отложите супернатант для анализа концентрации катиона металла. Вымойте твердые тела дважды, помешивая в 20-миллилитровых порциях дистиллированной воды и центрифугирования в тех же условиях. После этого рассеять твердые тела в 50 миллилитров дистиллированной воды нежной sonication в течение одного часа.

Растворите один миллиграмм аскорбиновой кислоты в дисперсии, и перемешать смесь при 90 градусах по Цельсию в течение одного часа. Соберите и помойте осадок, как описано ранее, и храните вымытый осадок для дальнейшей характеристики. Рентгеновская фотоэлектронная спектроскопия подтвердила, что платина и золотые наночастицы были успешно отложены на уменьшенный оксид графена и диоксид титана.

Деконволюция платиновых 4f и золотых 4f пиков высокого разрешения не показала никаких неметаллических компонентов, что указывает на то, что платиновые четыре и золотые три тации были сведены к платиновому нулю и золотому нулю, соответственно. Доза освещения на воздействие, или IDE, была оптимизирована для каждого композита для достижения относительно равномерного распределения небольших благородных металлических наночастиц по субстратам. Когда IDE был слишком высок, истощение вокруг растущих частиц неблагоприятно образование ядер поблизости, в результате чего крупные частицы и распределение больших размеров.

IDE был скорректирован путем изменения количества ультрафиолетовых ламп и зоны экспозиции реактора. Когда IDE был слишком низким, фотодепозиция была неудачной, из-за недостаточного фотоибуждебных электронов для стабильного образования ядра, как по-здесь. Расширение окон до двух сантиметров дало желаемое поведение фотодепозиции для платинового/графеного композита.

Разоблачение всей реакторной трубки увеличило скорость фотодепозиции без существенного ущерба размеру частиц и монодисперсии. Процесс осаждения контролируется путем построения кривых времени концентрации в различных условиях для определения оптимальной конструкции реактора и IDE. Проведение фотодепозиции в линейной области времени концентрации позволяет непрерывное сбор продукта после известного времени обращения.

Хотя мы демонстрируем синтез платиновых/графеновых композитов, этот метод и реактор могут быть использованы для осаждения других благородных металлов на различных полупроводниках. Этот реактор непрерывного потока также может быть использован для других методов химического синтеза, в которых реакции начаты светом.