Summary
Millifluidic apparaten worden gebruikt voor gecontroleerde synthese van nanomaterialen tijdsopgeloste analyse van reactiemechanismen als continu katalyse.
Abstract
Procedures gebruik millifluidic inrichtingen voor chemische synthese en tijdsopgeloste mechanistische studies beschreven door middel van drie voorbeelden. In de eerste, is de synthese van ultra-kleine koperen nanoclusters beschreven. Het tweede voorbeeld verschaft hun nut voor het onderzoeken tijdopgeloste kinetiek van chemische reacties door analyse gouden nanodeeltjes met vorming in situ röntgenabsorptie spectroscopie. Het laatste voorbeeld toont continue stroom katalyse van reacties in millifluidic kanaal bekleed met nano-gestructureerde katalysator.
Introduction
Lab-on-a-chip (LOC) apparaten voor de chemische synthese hebben significant voordeel aangetoond in termen van meer massa en warmte-overdracht, superieure reactie controle, hoge doorvoersnelheid en veiliger werken milieu 1. Deze apparaten kunnen grofweg worden ingedeeld in chip gebaseerd fluïdica en nonchip gebaseerd fluïduminrichtingen. Onder de chip-gebaseerde fluïdica, wordt microfluidics goed onderzocht en een onderwerp goed behandeld in de literatuur 2-5. Nonchip gebaseerde LOC systemen tubulaire reactoren 6. Conventioneel, worden microfluïdische systemen voor nauwkeurige controle en manipulatie van vloeistoffen die geometrisch zijn beperkt tot submillimeter schaal. We hebben onlangs het concept van chip gebaseerde millifluidics, die kan worden gebruikt voor manipulatie van vloeistoffen in kanalen in millimeterschaal (of breedte of diepte of beide kanalen ten minste een millimeter groot) 7-9. Bovendien zijn de millifluidic chips relatief eenvoudig te fabriceren while die soortgelijke controle over debiet en de manipulatie van reagentia. De chips kunnen ook worden gebruikt bij hogere stroomsnelheden, waardoor kleinere verblijftijden daardoor biedt de mogelijkheid voor opschaling van gecontroleerde synthese van nanodeeltjes met smallere grootteverdeling. Als voorbeeld hebben we onlangs aangetoond de synthese van ultra-kleine koperen nanoclusters en gekarakteriseerd ze om in situ X-straal absorptie spectroscopie en TEM. Mogelijkheid om kleine verblijftijden in millifluidic kanalen in combinatie met het gebruik van MPEG, die zeer efficiënt bidentaat gePEGyleerde stabiliseringsmiddel voor de vorming van stabiele colloïden koper nanoclusters 7 verkrijgen.
Naast de synthese van chemicaliën en nanomaterialen, zou de millifluidics bieden door hogere volume en concentratie van de probe, een synthetisch platform dat meer algemene en efficiënt voor tijdsopgeloste kinetische studies alsmede achieves betere signaal-ruisverhouding dan microfluïdische systemen 7,10. We tonen het gebruik van millifluidic chip als voorbeeld tijdopgeloste analyse van de groei van goud nanostructuren uit oplossing door in situ XAS met een tijdsresolutie van slechts 5 msec 11.
Ook deel van het micro reactoren ontwikkeld tot op heden voor katalyse toepassingen zijn gebaseerd op silicium 12,13. Hun dure fabricage in aanvulling op kleine volumes gegenereerd maakt ze ongeschikt voor grootschalige productie. De twee algemene methoden voor het bekleden van de kanalen met nanocatalysts - chemische en fysische, vaak aangeduid als siliconen coating procedures, zijn momenteel in de mode 14,15. Naast dure microfabricage, verstopping van de kanalen maakt microreactor katalyse geschikt voor grootschalige productie zijn. Hoewel microreactoren zijn gebruikt voor heterogene katalyse micro continue doorstroom processen EARLIer 16-18, de mogelijkheid om de dimensie controle en morfologie van de ingebedde goud nanogestructureerde katalysatoren in continue stromingskanalen werd nooit onderzocht. Recent hebben wij een technologie voor het coaten van de millifluidic kanalen met Au katalysatoren, nano morfologie en afmetingen (fig. 5) 11 die gereguleerd uitvoering katalyse van industrieel belangrijke chemische reacties. Als voorbeeld nemen we omzetting van 4-nitrofenol hebben aangetoond in 4-aminophenol gekatalyseerd door nanostructured goud gecoate binnen de millifluidic kanalen. Gezien het feit dat een enkele millifluidic reactor chip debiet van 50-60 ml / uur, 7 high-throughput en gecontroleerde synthese van chemische stoffen kan produceren is mogelijk, hetzij door continue stroom werking of parallelle verwerking.
Om te profiteren van de mogelijkheden van de millifluidics bieden, met enkele voorbeelden zoals hierboven beschreven, hebben we ook aantonen dat er een gebruiksvriendelijkemillifluidic apparaat dat is draagbaar en heeft het alle benodigde componenten zoals millifluidic chips, spruitstukken, flow controllers, pompen en elektrische aansluitingen geïntegreerd. Een dergelijke millifluidic inrichting, zoals in de figuur 7 is nu verkrijgbaar bij de firma Millifluidica LLC ( www.millifluidica.com ). Het manuscript geeft ook protocollen met de hand vastgehouden millifluidic apparaat, zoals hieronder beschreven gecontroleerde synthese van nanomaterialen tijdsopgeloste analyse van reactiemechanismen als continu katalyse.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Millifluidics set-up: Koop een millifluidic chip (gemaakt van polyester leentereftalaat polymeer) van Microplumbers Microsciences LLC, dat serpentijn kanalen met afmetingen van 2 mm (B) x 0,15 mm (H) heeft x 220 mm (L). Gebruik FEP Tubing met afmetingen van 0,25 mm ID, 1/16 OD, voor aansluiting van de chip op de pomp. Gebruik twee verschillende pompen voor de twee experimenten. Gebruik P-pomp voor het eerste experiment (koper nanodeeltjes) en de millifluidic apparaat voor de tweede experiment (gouden nanodeeltjes). Om het probleem van gasbellen minimaliseren binnen de kanalen, vers bereide NaBH4 oplossing werd opengelaten ~ 10-15 minuten staan voordat pompen in de chip zodat de gasbellen ontsnappen uit de oplossing. Deze stap werd gevolgd al onze experimenten.
1. Synthese van Ultra-kleine Copper Nano Clusters (UCNCs)
- Benodigde chemicaliën: Verkrijg koper (II) nitrate hydrateren, natriumboorhydride, natriumhydroxidepellets en O-[2 - (3-mercaptopropionylamino) ethyl]-O'-methylpolyethylene glycol (MW = 5000) [MPEG] en van alle chemicaliën zonder verdere zuivering. Gebruik nanozuiver water (18.2 MQ-cm) voor het experiment.
- Gebruik P-Pomp geregeld onder stikstof druk voor het experiment. Test het pompen van water als oplosmiddel bij verschillende drukken voor het experiment te correleren met de corresponderende stroomsnelheden (ml / uur). Spoel de millifluidic reactor en slangen met gedemineraliseerd water voor het begin van het experiment.
- Los op 174 mg (0,95 mmol) van koper (II) nitraat en 610 mg (0,122 mmol) van O-[2 - (3-mercaptopropionylamino) ethyl]-O'-methylpolyethylene glycol in 28 ml nanozuiver water en bewaar ze in een flacon te worden verbonden met een ingang kanaal
- Houd een oplossing van 111 mg (2,93 mmol) natriumboorhydride en 102 mg (2,78 mmol) natriumhydroxide in 28 ml (pH ~ 13) in een ander flesje en sluit deze met deandere ingangskanaal.
- Vloeien zowel de oplossingen tegelijkertijd binnen de millifluidic reactor bij verschillende stroomsnelheden (hieronder) en het verzamelen van de resulterende UCNCs aan de winkel in glazen flacon. Spoel de oplossing met stikstof en opgeslagen onder stikstof.
- Gebruik de pompen onder verschillende constante druk van 50 mbar (6,81 ml / uur), 100 mbar (14.31 ml / uur), 200 mbar (32,7 ml / uur) en 300 mbar (51,4 ml / uur) bij kamertemperatuur gedurende de synthese van UCNCs bij verschillende stroomsnelheden.
Terwijl de synthese procedure werd aangetoond met behulp van de millifluidic set-up met P-pomp, kan het ook worden uitgevoerd met de hand-held millifluidic apparaat uit Millifluidica.
2. Tijd Opgelost In situ Kinetic Studies over gouden nanodeeltjes Vorming
- Chemicaliën vereist: Verkrijg Chlorogoudzuur (HAuCl4 3H 2 O.) Meso-2 ,3-dimercaptosuccinic zuur (DMSA) en natriumboorhydride & #160, en van alle chemicaliën zonder verdere zuivering. Gebruik nanozuiver water (18.2 MQ-cm) voor het experiment.
- Met hoge precisie, volledig geautomatiseerde, pulsatievrije spuit pompen om de vloeistoffen stromen binnen de chip. Test het pompen van water als oplosmiddel bij verschillende stroomsnelheden voor het experiment om de gewenste stroomsnelheid te optimaliseren.
- Bereid standaardoplossingen van (i) HAuCl4. 3H 2 O (10 mmol, 118,2 mg/30 ml) en (ii) DMSA (20 mmol, 109,2 mg/30 ml) met 50 mg natriumhydroxide (pH 12) in nanozuiver water.
- Voer de twee oplossingen via twee afzonderlijke spuiten in de millifluidic chip bij een constant debiet van 10 ml / uur met behulp van de automatische pomp.
- Koppel de millifluidic chip aan de synchrotron bundel lijn met behulp van een metalen trap die toegang geeft tot beweging in XYZ richtingen heeft en verzamel de XAS gegevens op verschillende zones op de chip als de oplossingen via de chip werden gepompt.
Terwijl de <em> in situ analyse procedure werd aangetoond met behulp van de millifluidic set-up met een P-pomp, het kan ook worden uitgevoerd met behulp van een hand-held millifluidic apparaat.
3. Continuous Flow Gold Katalyse
Deze procedure werd aangetoond met behulp van een hand-held millifluidic apparaat.
- Chemicaliën vereist: Verkrijg Chlorogoudzuur (HAuCl4 3H 2 O.) Meso-2 ,3-dimercaptosuccinic zuur (DMSA), natriumboorhydride, 4-nitrofenol, 4-aminofenol en van alle chemicaliën zonder verdere zuivering. Gebruik nanozuiver water (18.2 MQ-cm) voor het experiment.
- Katalysatorbereiding. Bereid standaardoplossingen van HAuCl4 3H 2 O (10 mmol, 118,2 mg/30 ml), DMSA (20 mmol, 109,2 mg/30 ml) en NaBH4 (10 mmol, 11,34 mg/30 ml) in Nanopure water.
- Neem 10 ml elk van HAuCl4 en DMSA oplossingen in twee afzonderlijke flacons en flow them binnen de chip met behulp van de hand-held millifluidic apparaat met een uniforme debiet van 12 ml / uur gedurende 45 minuten.
- Flow 10 mmol NaBH4 in de chip aan 12 ml / uur stroomsnelheid gedurende 15 min naar het Au (I) reduceren Au (0).
- Tenslotte was de chip met nanozuiver water gedurende 30 minuten bij dezelfde stroomsnelheid voor het uitvoeren van de katalytische experimenten.
- Katalyse reactie: Voer de chemische omzettingsreactie (vermindering) van 4-nitrofenol (4-NP) in 4-aminofenol (4-AP) in de goudkatalysator (hierboven bereid) bekleed millifluidic kanaal hieronder gegeven.
- Meng 15 ml van 9 x 10 -5 mol oplossing van 4-NP 3,3 ml 0,65 mol NaBH4 oplossing van 4-nitrofenolaat ion (4-NPI) vormen.
- Passeer de verkregen oplossing over de gouden katalysator afgezet binnen chip bij een constant debiet van 5 ml / uur tot de katalytische activiteit te evalueren. Analyseer de UV-Vis spectra van de verzamelde producten binnen het golflengtebereik van 250-500 nm tot de omzetting van 4-NP bevestigen.
- Schat de katalytische activiteit van de reactie door het verkrijgen van de kalibratiecurve van 4-NPI. Kalibratiecurve kan worden verkregen door het uitzetten van de experimenteel waargenomen absorptie-intensiteit (I) van 4-NPI bij verschillende standaardconcentraties. De piekhoogten (bij 399 nm) voor de UV-Vis absorptie curves de absorptie-intensiteit (I) waarden en overeenkomstig de Lambert Beer wet, zouden wijzigingen van de piekhoogte waarde overeenkomstige verandering van de concentratie laten zien. Daarom schatten de katalytische activiteit door het vinden van het verschil in begin-en eindwaarden van de reactant uit de kalibratiecurve. Als bijvoorbeeld de piekhoogte 1 eenheid (figuur 6) dat correspondeert met een katalytische omzetting van 90% (gebaseerd op de ijkkromme).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Goed verspreid en uniforme formaat koper nanoclusters met een smalle grootteverdeling werden verkregen met behulp van de millifluidic chip setup (afb. 1a). De verschillende stroomsnelheden voor de synthese had geen significant effect op de grootte van de clusters hebben. Maar met toename van de stroom-snelheid, is er een waarneembare verbetering van de vernauwing van de grootteverdeling. UCNCs met een best nauwe grootteverdeling werden verkregen bij een debiet van 32,7 ml / uur. De grootte van UCNCs gevormd bij 32,7 ml / uur stroomsnelheid een gemiddelde diameter van 1,2 nm (figuur 1b).
De tijdsopgeloste in situ XAS opstelling wordt getoond in figuur 2a. Zoals beschreven in het experimentele procedure werd millifluidic chip op een metalen fase gemonteerd op de route van de monochromatiseren synchrotron balk en ingesteld dat de straal doorheen het gewenste gebied op de chip. Na de optimalisering omstandigheden, de precursor reagentia (Chlorogoudzuur (HAuCl4 3-edge werden verkregen op vijf verschillende zones gesondeerd door een röntgenbundel afmetingen van 0,05 mm x 0,05 mm, stromend de precursor oplossingen in de kanalen. Op basis van deze spectra analyse het eerste veranderingen van de precursor oplossing wordt aangetroffen rond de zone 5 met de vorming van Au x S y - nanoclusters 21 met een Au / S-verhouding 2 met Au (I) oxidatietoestand. Fig. 3a toont de Au L 3-edge XANES spectra verzameld op verschillende zones van het spectrum verkregen op zone 3 toont de aanwezigheid van de precursor, HAuCl4, met Au (III) oxidatietoestand. Fig. 4 toont de transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) beeld van de steekproef van Au x S y - nanoclusters van 1-2 nm grootte verzameld uit zone 5. Gebaseerd op de EXAFS analysis en lineaire combinatie fitting met bladgoud en goud sulfide referentie verbindingen van de gesondeerd bij zone 5 steekproef, kunnen we ook bevestigen dat het monster een mengsel van voorloper goud zout (40% van HAuCl4) en 60% van de Au x S y - nanoclusters (afb. 3b). De vorming van Au x S y - nanoclusters werd eerst waargenomen 17 sec na de start van de reactie en de reactiesnelheid (berekend met de voorlopers consumptie) op dit punt was 0,235 mmol / sec. Geen metallisch goud nanodeeltjes werden verkregen, zelfs na 12-24 uur van de reactie en de stabiele colloïde bevatten slechts Au x S y - nanoclusters. Na het passeren NaBH4 door de chip, het EXAFS analyse toonde dat de band-lengte van de nanoclusters steeg van 2,30 Å (Au-S) aan 2,86 Å (Au-Au) die de reductie van Au (I) Au (0) (Fig. 3c). Over langdurigetijd van stromende voorlopers (9 uur), de Au x S y - afzettingen in de millifluidic kanalen in de vorm van halfronde microstructuren (Fig. 5).
Voor de katalyse experiment omzetting van 4-NP 4-AP werd gevolgd op basis van de UV-Vis analyse van de resultaten in vergelijking met de spectra van de standaarden (Fig. 6a) producten, het mengen met NaBH4 men zien dat het absorptiespectrum van 4-NP (λ max van 316 nm) werd verschoven naar 399 nm, hetgeen de vorming van 4-NPI dat op verdere reactie door stroomt het door de millifluidic kanaal 4-AP (λ max van 301 nm) omgezet met de nanostructuur goud gedeponeerd bij het centrum. Omzettingsgraad van 90,5% werd waargenomen voor 4-NP 4-AP (Fig. 6b) op de goud afgezet chip dat de omzetting slechts 20% in een chip zonder enige goud. Belangrijker nog, werd het goud katalysator gevonden om catalyticall zijny actief, ook na 80 uur reactie. De resultaten tonen het belang van millifluidics voor continue-katalyse.
Figuur 1: (a) Een schematische voorstelling van de millifluidic platform voor de synthese van UCNCs samen met de (b) TEM beeld van ~ 1,2 nm UCNCs gevormd met de millifluidic chip met een stroomsnelheid van 32,7 ml / h (gereproduceerd reactieschema met toestemming van referentie 7).
Figuur 2: (a) In situ XAS analyse set-up voor de time-resolved kinetische studies (b) Millifluidic chip met de gemarkeerde zdegenen waar XAS in situ wordt uitgevoerd (Met toestemming overgenomen uit ref. 7, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, 2012).
Figuur 3: (a) XANES spectra die de Au L 3 rand aan zone 3 (rood), zone 5 (blauw) en in zone 5 na 12 uur (zwart) (b) EXAFS spectra tegelijk zones (c) EXAFS van Au folie (zwart) en monster na NaBH4 reductie (rood), (-) Fourier transformatie grootte en (---) imaginaire component van de Fourier transformatie (overgenomen uit referentie 11).
Figuur 4: TEMbeeld van Au x S y - nanoclusters (Overgenomen uit referentie 11)
Figuur 5: SEM beelden van de verschillende vergrotingen van goud katalysator gevormd binnen de millifluidic kanaal na 9 uur van de coating tijd.
Figuur 6: UV-Vis spectra van (a) 4-NP, 4-NPI, en 4-AP (b) Omzetting van 4-NPI naar 4-AP in een millifluidic chip reactor met en zonder goud (Overgenomen uit referentie 11) .
Figuur 7: Hand-held millifluidic apparaat dat wordt gebruikt in de experimenten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De UCNCs werden gevormd door de reductiereactie kopernitraat met natriumboorhydride in aanwezigheid van de polymere afdekmiddel O-[2 - (3-Mercaptopropionylamino) ethyl]-O'-methylpolyethylene glycol (MW = 5000) [MPEG]. De reactie werd uitgevoerd in het millifluidic chip reactor met verschillende stroomsnelheden zoals 6,8 ml / uur, 14,3 ml / uur, 32,7 ml / uur en 51,4 ml / uur om het effect van stroomsnelheden op UCNCs gevormde bestuderen. De respectieve verblijftijden voor de hierboven stroomsnelheden zijn 47.49, 24.44, 16.56 en 9.02 sec. De colloïdale koper clusters verkrijgen op al deze stroomsnelheden waren stabiel tot drie maanden onder inerte omstandigheden. Een smalle grootteverdeling met een gemiddelde deeltjesgrootte van 1,2 nm werd verkregen voor de stroom-snelheid van 32,7 ml / uur.
Een van de belangrijkste voordelen van het gebruik millifluidics dan chip voor chemische synthese in het algemeen en nanodeeltjes synthese in het bijzonder de mogelijkheid om hoge stroomsnelheden te bereiken. Voor EXAmple, debiet zo hoog als 51,4 ml / uur waargenomen in ons experiment, terwijl typische stroomsnelheden die haalbaar met microfluïdische met 10-100 urn kanaal maten zijn in het gebied van 0,03-4 ml / uur 20. Het was mogelijk om nog hogere stroomsnelheden (dwz> 3 ml / min) te bereiken wanneer de millifluidic apparaat Millifluidica werd gebruikt. Vloeistof eigenschappen ontstaan door zulke hoge stroomsnelheden behield faciliteiten zoals laminaire stroming vergelijkbaar met het geval van microfluidics zoals experimenteel bepaald en via numerieke simulaties. Bijvoorbeeld, de berekende Reynolds getallen bevestigde de laminaire stroming en het bereik van Peclet getallen aangetoond dat het mengen van de beide ingangen wordt gedomineerd door convectie.
Enkele kritische stappen in de synthese aangeven van passende reductieproces voor metaalzouten en geschikte oppervlakteactieve stof als een stabilisator. Daarnaast is het ontwerp van de millifluidic kanaal en selectie vanjuiste debiet is belangrijk. Aangezien de huidige millifluidic chips zijn gemaakt van polymeren, worden de reacties beperkt tot op water gebaseerde reacties en die bij kamertemperatuur kan worden uitgevoerd. Echter, door het gebruik van de juiste hoge temperatuur stabiel polymeer chips of op basis van borosilicaat chips, kan men reacties uit te voeren bij hogere temperaturen en het gebruik van organische oplosmiddelen.
Voor de time-resolved kinetische studies, de in situ vorming van gouden nanodeeltjes vanaf de voorloper goud zout werd gesondeerd in real time via in situ X-ray absorptie spectroscopie door het omzetten van ruimtelijke resolutie in de tijd resolutie. Het eerste bewijs van de vorming van goud nanodeeltjes met Au Au-binding werd waargenomen na toevoeging van NaBH4 in tegenstelling tot de resultaten van het onderzoek van Tsukuda en medewerkers 19. Zij meldden de vorming van metallische Au 13 (DMSA) 8 clusters met Au-Au bonding op mixing dezelfde voorlopers in een traditionele kolf synthese. De techniek is daarom waardevol bij het waarnemen van de reactie-intermediairen op tijdsresolutie die niet mogelijk is een traditionele reactie-kolf.
Een van de grootste voordelen van het gebruik millifluidic systemen tijdsopgeloste kinetische studie zal de mogelijkheid om hogere concentraties die betere signaal-ruisverhouding mogelijk wanneer de reacties in situ gehybridiseerd hebben. In het huidige systeem is dat de beperking, enige harde röntgenstraling kan worden gebruikt om de reactie met XAS sonde. Om reacties met andere spectroscopie technieken zoals UV-VIS spectroscopie onderzoeken, moet de millifluidic chips optische vensters. Ook de huidige opstelling, kon alleen probe waterbasis reacties en bij kamertemperatuur.
Katalyse met behulp van-goud gebaseerde katalysatoren in batchprocessen is bekend en zeer actief voortgezet onderzoek. Echter, de samij niet voor de doorstroom katalyse. In dit onderzoek tonen we continue stroom katalytische activiteit van de goudkatalysatoren gevormd binnen de millifluidic chip voor de reductie van 4-NP 4-AP 22, die werd gebruikt als een voorbeeld. De resultaten toonden meer dan 90% omzetting van 4-NP met goudkatalysator met de continue stroom katalyse benadering. Een van de grote voordelen van deze werkwijze boven batch katalyse taak is het hergebruik van de katalysator. Zo werd de katalysator hergebruikt via 40 cycli (80 uur reactietijd) en bleef actief.
De voordelen van het huidige systeem voor continue-katalyse is dat de kanalen minder waarschijnlijk verstopt door de katalysator in tegenstelling tot die in de literatuur met microfluïdische systemen 23,24. Nog een ander voordeel is de mogelijkheid om de katalyse reactie in situ probe als het gebeurt om het mechanisme katalyse reactie begrijpen. Curhuur beperkingen van het systeem voor continue-katalyse zijn dat slechts waterige oplossing-fase katalyse reacties en kunnen worden uitgevoerd dat ook alleen bij kamertemperatuur. Verdere modificaties van het apparaat moeten gasfase continue stroming katalyse hetzij bij kamertemperatuur of bij hogere temperaturen mogelijk.
Samengevat tonen we twee belangrijke mogelijkheden van millifluidic reactoren. Ten eerste kan het worden gebruikt als instrument voor continue-chemische synthese en anderzijds als veelzijdige probe voor tijdopgeloste kinetische studies van chemische reacties. Daarnaast laten we zien dat een millifluidic apparaat kan worden gebruikt zowel als educatief hulpmiddel voor het leren over lab-on-a-chip-apparaten en ook als een eenvoudige, gebruiksvriendelijke en draagbaar apparaat voor chemische synthese en in situ-sonde voor chemische reacties.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alle auteurs behalve CSSR Kumar verklaren dat zij geen concurrerende financiële belangen. C. SSR Kumar is de oprichter van het bedrijf Millifluidica LLC.
Acknowledgments
Dit onderzoek wordt ondersteund als onderdeel van het Centrum voor atomaire niveau Catalyst Design, een Energy Frontier Research Center gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie, Office of Science, Bureau van Basic Energy Sciences Award onder nummer DE-SC0001058 en ook ondersteund door de Raad van regenten onder subsidies toe te kennen nummer LEQSF (2009-14)-EFRC-MATCH en LEDSF-EPS (2012)-OPT-IN-15. MRCAT bewerkingen worden ondersteund door het Ministerie van Energie en het MRCAT aangesloten instellingen. Het gebruik van de Advanced Photon Source bij ANL wordt ondersteund door het Amerikaanse ministerie van Energie, Office of Science, Bureau van Basic Energy Sciences, onder contract nummer DE-AC02-06CH11357. Financiële steun voor JTM werd als onderdeel van het Instituut voor Atoom-efficiënte chemische omzettingen (IACT), een Energy Frontier Research Center gefinancierd door het Amerikaanse ministerie van Energie, Office of Science, Bureau van Basic Energy Sciences.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Copper (II) nitrate hydrate | Sigma-Aldrich | 13778-31-9 | 99.999% pure |
| O-[2-(3-mercaptopropionylamino)ethyl]-O′-methylpolyethylene glycol | Sigma-Aldrich | 401916-61-8 | MW=5,000 |
| HAuCl4.3H2O (Chloroauric acid) | Sigma-Aldrich | 27988-77-8 | 99.999% pure |
| meso-2,3-dimercaptosuccinic acid (DMSA) | Sigma-Aldrich | 304-55-2 | ~98% pure |
| 4-Nitrophenol | Sigma-Aldrich | 100-02-7 | spectrophotometric grade |
| 4-Aminophenol | Sigma-Aldrich | 123-30-8 | >99% pure (HPLC grade) |
| Sodium borohydride | Sigma-Aldrich | 16940-66-2 | 98% pure |
| Sodium hydroxide pellets | Sigma-Aldrich | 1310-73-2 | 99.99% pure |
| EQUIPMENT | |||
| Millifluidic Chips | Microplumbers Microsciences LLC | SDC-01 | Made from polyester terephthalate polymer |
| Pressure Pump | Mitos P-Pump, Dolomite | 3200016 | |
| Automated Syringe Pump | Cetoni Automation and Microsystems, GmbH | Syringe pump neMESYS | |
| UV-3600 UV-VIS-NIR Spectrophotometer | Shimadzu | ||
| Hand-held Millifluidic Device | Millifluidica | SCMD-1008 | Figure 7 |
References
- Song, Y., Hormes, J., Kumar, C. S. S. R. Microfluidic Synthesis of Nanomaterials. Small. 4 (6), 698-711 (2008).
- Huebner, A., Sharma, S., Srisa-Art, M., Hollfelder, F., Edel, J. B., DeMello, A. J. Microdroplets: a sea of applications. Lab Chip. 8, 1244-1254 (2008).
- Helen, S., Delai, L. C., Rustem, F. I. Reactions in Droplets in Microfluidic Channels. Angew. Chem. Int. Ed. 45, 7336-7356 (2006).
- Marre, S., Jensen, K. F. Synthesis of nanostructures in microfluidic systems. Chem. Soc. Rev. 39, 1183-1202 (2010).
- Theberge, A. B., Courtois, F., Schaerli, Y., Fischlechner, M., Abell, C., Hollfelder, F., Huck, W. T. Microdroplets in microfluidics: an evolving platform for discoveries in chemistry and biology. Angew. Chem. Int. Ed. 49 (34), 5846-5868 (2010).
- Nicolas, L., Flavie, S., Pierre, G., Pascal, P., Annie, C., Bertrand, P., Cindy, H., Patrick, M., Samuel, M., Thomas, D., Cyril, A., Pascale, S., Laurent, P., Christopher, G., Emmanuel, M. Some recent advances in the design and the use of miniaturized droplet-based continuous process: Applications in chemistry and high-pressure microflows. Lab Chip. 11, 779 (2011).
- Biswas, S., Miller, J. T., Li, Y., Nandakumar, K., Kumar, C. S. S. R. Developing Millifluidic Platform for Synthesis of Ultra-small Nanoclusters (UNCs): Ultra-small Copper Nanoclusters (UCNCs) as a Case Study. Small. 8 (5), 688-698 (2012).
- Li, Y., Sanampudi, A., Reddy, V. R., Biswas, S., Nandakumar, K., Yamane, D. G., Goettert, J. S., Kumar, C. S. S. R. Size Evolution of Gold Nanoparticles in a Millifluidic Reactor. Phys. Chem. Phys. 13 (1), 177-182 (2012).
- Li, Y., Yamane, D. G., Li, S., Biswas, S., Reddy, R., Goettert, J. S., Nandakumar, K., Kumar, C. S. S. R. Geometric Optimization of Liquid-Liquid Slug Flow in a Flow-focusing Millifluidic Device for Synthesis of Nanomaterials. Chem. Eng. J. 217, 447-459 (2013).
- Zinoveva, S., De Silva, R., Louis, R. D., Datta, P., Kumar, C. S. S. R., Goettert, J., Hormes, J. The wet chemical synthesis of Co nanoparticles in a microreactor system: A time-resolved investigation by X-ray absorption spectroscopy. Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A. 582, 239-241 (2007).
- Krishna, K. S., Navin, C. V., Biswas, S., Singh, V., Ham, K., Bovenkamp, G. L., Theegala, C. S., Miller, J. T., Spivey, J., Kumar, C. S. S. R. Millifluidics for Time-resolved Mapping of the Growth of Gold Nanostructures. J. Am. Chem. Soc. 135 (14), 5450-5456 (2013).
- Microfluidic Devices in nanotechnology-Fundamental Concepts. Kumar, C. S. S. R. , John Wiley. (2010).
- Microfluidic Devices in nanotechnology-Fundamental Concepts. Kumar, C. S. S. R. , John Wiley. (2010).
- Meille, V. Review on Methods to Deposit Catalysts on Structured Surfaces. Appl. Catal. A Gen. 315, 1-17 (2006).
- Etching Characteristics of a Micromachined Chemical Reactor Using Inductively Coupled Plasma. Shin, W. C., McDonald, J. A., Zhao, S., Besser, R. Proceedings of the 6th International Conference on Microreaction Technology (IMRET VI), , AIChE. New Orleans, LA. p357 (2002).
- Abahmane, L., Köhler, J. M., Groß, G. A. Gold-nanoparticle-catalyzed synthesis of propargylamines: the traditional A3-multicomponent reaction performed as a two-step flow process. Chem. Eur. J. 17, 3005-3010 (2011).
- Abahmane, L., Knauer, A., Ritter, U., Köhler, J. M., Groß, G. A. Heterogeneous Catalyzed Pyridine Synthesis using Montmorillionite and Nanoparticle-Impregnated Alumina in a Continuous Micro Flow System. Chem. Eng. Technol. 32, 1799-1805 (2009).
- Abahmane, L., Knauer, A., Köhler, J. M., Groß, G. A. Synthesis of polypyridine derivatives using alumina supported gold nanoparticles under micro continuous flow conditions. Chem. Eng. J. 167, 519-526 (2011).
- Negishi, Y., Tsukuda, T. One-Pot Preparation of Subnanometer-Sized Gold Clusters via Reduction and Stabilization by meso-2,3-Dimercaptosuccinic Acid. J. Am. Chem. Soc. 125, 4046-4047 (2003).
- Abou-Hassan, A., Sandre, O., Cabuil, V. Microfluidics in Inorganic Chemistry. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 6268-6286 (2010).
- Jiang, D., Walter, M., Dai, S. Gold Sulfide Nanoclusters: A Unique Core-In-Cage Structure. Chem. Eur. J. 16, 4999-5003 (2010).
- Kuroda, K., Ishida, T., Haruta, M. Reduction of 4-nitrophenol to 4-aminophenol over Au nanoparticles deposited on PMMA. J. Mol. Catal. A Chem. 298, 7-11 (2009).
- Navin, C. V., Krishna, K. S., Theegala, C. S., Kumar, C. S. S. R. Lab-on-a-chip devices for gold nanoparticle synthesis and their role as a catalyst support for continuous flow catalysis. Nanotech. Rev. , In Press (2013).
- Shahbazali, E., Hessel, V., Noël, T., Wang, Q. Metallic nanoparticles made in flow and their catalytic applications in organic synthesis. Nanotech. Rev. , In Press (2013).
