Waiting
Login processing...

Trial ends in Request Full Access Tell Your Colleague About Jove
JoVE Journal Bioengineering
Click here for the English version

Bioengineering

Millifluidics для химического синтеза и с временным разрешением механистических исследований

Published: November 27, 2013 doi: 10.3791/50711
Automatic Translation
1,2, 1,2, 1,2,3, 1, 4, 1,2
1Center for Advanced Microstructures and Devices (CAMD), Louisiana State University, 2Center for Atomic-Level Catalyst Design, Cain Department of Chemical Engineering, Louisiana State University, 3Department of Biological and Agricultural Engineering, Louisiana State University, 4Argonne National Laboratory

Summary

Millifluidic устройства используются для контролируемого синтеза наноматериалов, с временным разрешением анализа механизмов реакций и непрерывного катализа потока.

Abstract

Процедуры, использующие millifluidic устройства для химического синтеза и временным разрешением механистических исследований описываются принимая три примера. В первой, синтез ультра-малых нанокластеров меди описано. Второй пример предоставляет их полезность для исследования времени решены кинетики химических реакций на основе анализа формирования наночастиц золота с использованием месте рентгеновской абсорбционной спектроскопии в. Последний пример демонстрирует непрерывный поток катализ реакций внутри millifluidic канала, покрытых наноструктурированного катализатора.

Introduction

Лаборатория-на-чипе (LOC) устройства для химического синтеза продемонстрировали значительное преимущество в плане повышения массо-и теплопередача, удобство управления реакции, высокой пропускной способностью и более безопасной эксплуатации окружающей среды 1. Эти устройства могут быть в целом разделить на чип на основе струйной и nonchip основе жидкостных устройств. Среди струйной чиповых, микрофлюидики хорошо исследованы и тема хорошо освещены в литературе 2-5. Системы LOC Nonchip основе использовать трубчатых реакторов 6. Традиционно, микрофлюидных системы используются для точного контроля и манипуляции жидкостей, которые геометрически ограниченных в субмиллиметровом масштабе. Мы недавно ввели понятие чиповых millifluidics, которые могут быть использованы для манипулирования жидкости в каналах в миллиметровой шкале (ширины или глубины или оба из каналов, по меньшей мере миллиметра) 7-9. Кроме того, millifluidic чипы могут быть сравнительно легко изготовить бееле предлагая такой же контроль над скорости потока и манипулирования реагентов. Эти чипы также могут работать при более высоких скорости потока, создавая меньшие время пребывания, тем самым, предлагая возможность для расширения масштабов контролируемого синтеза наночастиц с узким распределением по размерам. В качестве примера, мы недавно продемонстрировали синтез ультра-малых нанокластеров меди и характеризуется их с помощью месте рентгеновской абсорбционной спектроскопии в, а также ТЭМ. Возможность получить небольшие времени пребывания в millifluidic каналов в сочетании с использованием MPEG, который является очень эффективным бидентатный пегилированный стабилизирующий агент для образования стабильных коллоидов нанокластеров меди 7.

В дополнение к синтезу химических веществ и наноматериалов, в millifluidics могли бы предложить, в связи с увеличением объема и концентрации на участке зонда, синтетического платформу, которая является более обобщенной и эффективным для временным разрешением кинетических исследований, а также достижимVES лучший сигнал-шум, чем микрофлюидных систем 7,10. Покажем использование millifluidic чип в качестве примера для времени решены анализа роста золота наноструктур из раствора с помощью на месте XAS с временным разрешением, как маленький 5 мс 11.

Кроме того, большинство микро реакторов, разработанных на сегодняшний день для катализа приложений основаны на кремниевой 12,13. Их изготовление дорогой в дополнение к малых объемов генерируемых делает их непригодными для крупномасштабного производства. Два основных способа покрытия каналов с нанокатализаторов - химических и физических, часто упоминается как процедуры кремния покрытия, в настоящее время в моде 14,15. В дополнение к дорогого микро изготовления, засорение каналов делает микро реактор катализа, могут не подходить для крупномасштабного производства. Хотя микрореакторы были использованы для гетерогенного катализа в микро непрерывных проточных процессов earliэ 16-18, способность контролировать размер и морфология встроенных катализаторов золото наноструктурированных внутри каналов проточных никогда не изучен ранее. Недавно мы разработали технологию для покрытия millifluidic каналов с Au катализаторов, с контролируемой нано морфологию и размеры (рис. 5) 11, для проведения катализ промышленно важных химических реакций. В качестве примера мы показали превращение 4-нитрофенола в 4-аминофенола, катализируемой наноструктурного золота, покрытого внутри millifluidic каналов. Учитывая, что один millifluidic чип реактор может производить скорости потока 50-60 мл / ч, 7 высокой пропускной и контролируемого синтеза химических веществ можно либо через непрерывной работы потока или параллельной обработки.

Для того, чтобы заработать на возможностях в millifluidics предлагают, с нескольких примеров, описанных как и выше, также демонстрируют дружественныйmillifluidic устройство, которое является портативным и обладает все необходимые компоненты, такие как millifluidic чипов, коллекторы, регуляторы потока, насосов и электрических соединений интегрированы. Такой millifluidic устройство, как показано на рисунке 7, теперь доступен от компании Millifluidica LLC ( www.millifluidica.com ). Рукопись также обеспечивает протокола с ручной millifluidic устройство, как описано ниже, для контролируемого синтеза наноматериалов, с временным разрешением анализа механизмов реакций и непрерывного катализа потока.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

Millifluidics настройки: Приобретите millifluidic чип (из полиэфирного политерефталата) от Microplumbers Microsciences LLC, которая имеет змеиные каналов с размерами 2 мм (Ш) х 0,15 мм (В) х 220 мм (L). Используйте FEP труб с размерами 0,25 мм ID, 1/16 в ОД, для подключения чипа к насосу. Использование двух различных насосов для двух различных экспериментах. Использование P-насоса для первого эксперимента (наночастиц меди) и millifluidic устройства для второго эксперимента (наночастиц золота). Чтобы свести к минимуму проблемы пузырьков газа в каналах, свежеприготовленный раствор NaBH 4 был оставлен открытым стоять в течение ~ 10-15 мин до накачки в кристалле таким образом, чтобы пузырьки газа уйти от раствора. За этим шагом для всех наших экспериментов.

1. Синтез Крохотные Медь Nano кластеров (UCNCs)

  1. Химикаты, необходимые: Получить меди (II), НитраТе гидрат, борогидрид натрия, гидроксид натрия гранулы и O-[2 - (3-меркаптопропиониламино) этил]-O'-methylpolyethylene гликоль (MW = 5000) [MPEG] и использовать все химические вещества без дополнительной очистки. Использование NanoPure воду (18,2 МОм-см) в течение эксперимента.
  2. Использование P-насоса регулируется под давлением азота в течение эксперимента. Испытание насосов с водой в качестве растворителя при различных давлениях до начала эксперимента коррелируют с соответствующими скорости потока (мл / ч). Промыть millifluidic реактор и трубку деионизированной водой до начала эксперимента.
  3. Растворите 174 мг (0,95 ммоль) меди (II), нитрат и 610 мг (0,122 ммоль) О-[2 - (3-меркаптопропиониламино) этил]-О'-methylpolyethylene гликоля в 28 мл NanoPure водой и держать их в флакон быть соединен с одним входным каналом
  4. Хранить другой раствор 111 мг (2,93 ммоль) боргидрида натрия и 102 мг (2,78 ммоль) гидроксида натрия в 28 мл (рН ~ 13) в другой сосуд и соединить его сДругой вход канала.
  5. Расход оба решения одновременно в millifluidic реактора на разных системах, работающих с (см. ниже) и собирать в результате UCNCs на выходе в стеклянном флаконе. Выпустите решение азотом и хранить его в атмосфере азота.
  6. Эксплуатации насосов при различных постоянных давлении 50 мбар (6,81 мл / ч), 100 мбар (14,31 мл / ч), 200 мбар (32,7 мл / ч) и 300 мбар (51,4 мл / ч) при комнатной температуре в течение синтеза UCNCs на разных системах, работающих с.

Хотя процедура синтеза был продемонстрирован с использованием millifluidic установку с P-насос, он также может быть осуществлен с помощью ручного millifluidic устройство из Millifluidica.

2. С временным разрешением на месте кинетических исследований на основе наночастицы золота формирования

  1. Химикаты, необходимые: Получение хлорзолотую кислоту (HAuCl 4 3H 2 O). Мезо-2 ,3-димеркаптосукциновой кислота (DMSA) и борогидрид натрия и #160, а также использовать все химические вещества без дополнительной очистки. Использование NanoPure воду (18,2 МОм-см) в течение эксперимента.
  2. Используйте высокую точность, полностью автоматизированные, пульсации бесплатно шприцевые насосы течь жидкостей в чипе. Проверьте насосы с водой в качестве растворителя при различных системах, работающих до эксперимента для оптимизации требуемого скорости потока.
  3. Подготовка стандартных растворов (I) HAuCl 4. 3H 2 O (10 ммоль, 118,2 мг/30 мл) и (II) DMSA (20 ммоль, 109,2 мг/30 мл) с 50 мг гидроксида натрия (рН 12) в NanoPure вода.
  4. Поток через два решения двух отдельных шприцев в millifluidic чипа при постоянной скорости потока 10 мл / час с использованием автоматизированной насос.
  5. Пара millifluidic чип для синхротронного пучка линии с использованием этап металла, который имеет доступ к движению в XYZ направлениях и собирать данные XAS в разных зонах на чипе как растворы прокачивается через чип.

В то время как <EM> в анализе месте процедура была продемонстрирована с помощью millifluidic установку с P-насос, он также может быть осуществлена ​​с использованием ручного millifluidic устройство.

3. Непрерывный поток золота Катализ

Эта процедура была продемонстрирована с использованием ручного millifluidic устройства.

  1. Химикаты, необходимые: Получение хлорзолотую кислоту (HAuCl 4 3H 2 O)., Мезо-2 ,3-димеркаптосукциновой кислоты (DMSA), боргидрид натрия, 4-нитрофенола, 4-аминофенол и использовать все химические вещества без дополнительной очистки. Использование NanoPure воду (18,2 МОм-см) в течение эксперимента.
  2. Получение катализатора:. Подготовка стандартных растворов HAuCl 4 3Н 2 О (10 ммоль, 118,2 мг/30 мл), DMSA (20 ммоль, 109,2 мг/30 мл) и NaBH 4 (10 ммоль, 11,34 мг/30 мл) в NanoPure вода.
  3. Возьмите 10 мл каждого из HAuCl 4 и решений DMSA в двух отдельных флаконах и е течьет в пределах чипа с помощью ручного устройства millifluidic с равномерной скоростью потока 12 мл / ч в течение 45 мин.
  4. Поток 10 ммоль NaBH 4 в чипе на 12 мл / час расхода в течение 15 мин, чтобы уменьшить Au (I) в Au (0).
  5. Наконец, мыть чип с NanoPure воде в течение 30 мин при той же скорости потока перед проведением экспериментов катализе.
  6. Катализ реакции: проводить реакцию химической конверсионной (уменьшение) 4-нитрофенола (4-NP) в 4-аминофенола (4-AP) в золотого катализатора (полученного выше) с покрытием millifluidic канал, как указано ниже.
  7. Смешайте 15 мл 9 х 10 -5 моль раствору 4-NP с 3,3 мл 0,65 моль NaBH 4 растворе с образованием 4-nitrophenolate ион (4-НПИ).
  8. Pass полученного раствора над золотого катализатора, нанесенного в пределах чипа при постоянной скорости потока 5 мл / ч для оценки каталитической активности. Анализ UV-VIS спектры собранных продуктов в диапазоне длин волн от 250-500 нм, чтобы подтвердить преобразование 4-NP.
  9. Оцените каталитическую активность в реакции путем получения калибровочной кривой 4-НПИ. Калибровочная кривая может быть получена путем построения интенсивность экспериментально наблюдаемое поглощения (I) 4-НПИ при различных концентрациях стандартных. Высоты пиков (на 399 нм) для кривых UV-VIS поглощения представляют интенсивность поглощения (I) значения и в соответствии с законом пиво Ламберта, любое изменение в значение высоты пика покажет соответствующее изменение его концентрации. Таким образом, оценить каталитическую активность путем нахождения разницы в начальных и конечных концентраций реагента с калибровочной кривой. Например, если высота пика 1 единица (рис. 6) это соответствует каталитической конверсии 90% (на основе калибровки участка).

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Ну разошлись и единые размера нанокластеров меди с узким распределением по размерам были получены на установке millifluidic чип (рис. 1а). Различные скорости потока, используемые для синтеза не оказывают существенное влияние на размер кластеров. Тем не менее, с увеличением скорости потока, есть наблюдаемая улучшение сужению распределения по размерам. UCNCs с лучшим узким распределением по размерам были получены при скорости потока 32,7 мл / час. Размер UCNCs, образованных на 32,7 скорости потока мл / ч имеет средний диаметр 1,2 нм (фиг. 1б).

Временным разрешением на месте установки XAS показан на Рис 2а. Как описано в экспериментальной процедуре, millifluidic чип установлен на этапе металла непосредственно в пути монохроматизированном пучка синхротронного и регулируют таким образом, чтобы луч проходил через нужной зоне на чипе. После оптимизации условий потока, реагенты предшественники (хлорзолотую кислота (HAuCl 4 3-края были получены при пяти различных зон, протестированных размером рентгеновского пучка 0,05 мм х 0,05 мм, в то время протекания растворов предшественников в каналы. На основании этих анализа спектров, первые изменения в раствор предшественника было обнаружено происходить вокруг зоны 5 с образованием Au х S у - нанокластеры 21, имеющий Au / S соотношение близко к 2 с Au (I) степени окисления. Рис. 3а показывает Au L 3-края XANES спектры собранных в разных зонах спектру, полученному в зоне 3, показывающий присутствие предшественника, HAuCl 4, имея Au (III) степени окисления. Рис. 4 показывает просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) изображение образца Au х S у - нанокластеры размером 1-2 нм, собранной из зоны 5. На основе анализа парам EXAFSсестра и линейная комбинация арматура с золотой фольги и справочных сульфид золота соединений образца зондируемой в зоне 5, мы также можем подтвердить, что образец представляет собой смесь предшественника соли золота (40% HAuCl 4) и 60% от Au х S у - нанокластеров (рис. 3б). Формирование Au х S у - нанокластеры был впервые обнаружен 17 сек после начала реакции и скорость реакции (рассчитанного с использованием потребление прекурсоров) в этот момент был 0,235 ммоль / сек. Нет металлические наночастицы золота не были получены даже после 12-24 часов реакции и стабильной коллоидной содержал только Au х S у - нанокластеров. После прохождения NaBH 4 через чип, анализ EXAFS показал, что связь-длина нанокластеров увеличилась с 2,30 Å (Au-S) до 2,86 Å (Au-Au) с указанием снижение Au (I) в Au (0) (рис. 3в). За длительноевремя течет предшественников (9 ч), на приезд х S Y - депозитов в millifluidic каналов в виде полусферических микроструктур (рис. 5).

Для эксперимента катализа, превращение 4-NP в 4-AP контролировали на основе UV-VIS анализа полученных продуктов по сравнению со спектрами стандартов (рис. 6а), При смешивании с NaBH 4 можно видеть, что спектр поглощения 4-NP (λ макс 316 нм) был перенесен на 399 нм указывает на образование 4-НПИ, которые на дальнейшей реакции превращают в 4-AP (λ макс из 301 нм), проход через millifluidic канала содержащий наноструктурного золота на хранение в центре. Коэффициент конверсии 90,5% наблюдался в течение 4-NP в 4-AP (рис. 6, б) в чипе золотом хранение в то время как обращение было лишь 20% в чипе, лишенной любого золота. Самое главное, что золото катализатора оказалась catalyticallу активной даже после 80-часовой реакции. Результаты показывают важность millifluidics для непрерывного потока катализа.

Рисунок 1
Рисунок 1: (а) схематическое представление millifluidic платформы для синтеза UCNCs вместе с реакционной схемой (б) ПЭМ изображение ~ 1,2 нм UCNCs, образованные с помощью millifluidic чип с расходом 32,7 мл / ч (Воспроизводится с разрешения ссылкой 7).

Рисунок 2
Рисунок 2: (а) В месте XAS анализа установки для времяразрешенного кинетических исследований (б) Millifluidic чип с отмеченной гте, где на месте XAS выполняется (Воспроизводится с разрешения из работы. 7, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Ко KGaA, 2012).

Рисунок 3
Рисунок 3: (а) XANES спектры, показывающие АС L 3 фронт на зоны 3 (красный), зона 5 (синий) и в зоне 5 после 12 часов (черный) (б) спектры EXAFS при тех же зон (с) EXAFS из Au фольга (черный) и образец после NaBH 4 сокращения (красный); (-) преобразование Фурье величину и (---) мнимая часть преобразования Фурье (воспроизведено из работы 11).

Рисунок 4
Рисунок 4: ТЭМОбраз Au х S у - нанокластеров (воспроизведено из работы 11)

Рисунок 5
Рисунок 5: СЭМ изображения различных увеличениях золотого катализатора, образованных в millifluidic канала после 9 часов времени покрытия.

Рисунок 6
Рисунок 6: UV-Vis спектры (а) 4-NP, 4-НПИ и 4-AP (б) Превращение 4-НПИ в 4-AP в реакторе millifluidic чип с и без золота (воспроизведено из работы 11) .

Рисунок 7 Рисунок 7: Ручные millifluidic устройство, используемое в экспериментах.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

В UCNCs были сформированы реакции восстановления нитрата меди боргидридом натрия в присутствии полимерного укупорки агента O-[2 - (3-меркаптопропиониламино) этил]-O'-methylpolyethylene гликоля (MW = 5000) [MPEG]. Реакцию проводили в реакторе millifluidic стружки при различных скорости потока, такие как 6,8 мл / ч, 14,3 мл / ч, 32,7 мл / ч и 51,4 мл / ч до исследования влияния скорости потока на UCNCs образованных. Соответствующие времена пребывания для вышеуказанных скорости потока являются 47.49, 24.44, 16.56 и 9.02 сек. Коллоидные кластеры меди, полученные на всех этих системах, работающих были стабильны до трех месяцев в инертных условиях. Узкое распределение размера со средним размером частиц 1,2 нм было получено для скорости потока 32,7 мл / час.

Одним из основных преимуществ использования millifluidics над микрофлюидики для химического синтеза в целом и наночастиц синтеза, в частности, является возможность достижения высоких скорости потока. Для EXAmple, скорости потока выше, чем 51,4 ​​мл / ч наблюдались в нашем эксперименте, тогда как типичные скорости потока, которые достижимы при микрофлюидики имеющий размеры 10-100 мкм канала в диапазоне от 0.03-4 мл / час 20. Удалось достичь еще более высоких скорости потока (т.е.> 3 мл / мин) при использовании millifluidic устройство от Millifluidica. Жидкостный свойства, возникающие из-за таких высоких скорости потока все еще сохраняется функции, такие как ламинарного потока, подобные случае микрофлюидики, как определено экспериментально, а также через численного моделирования. Например, числа Рейнольдса вычисленное подтвердило ламинарного потока и диапазон чисел Пекле показали, что смешивание двух входов преобладают конвекции.

Некоторые из важных шагов в синтезе являются выявление соответствующего процесса восстановления для металлических солей и подходит поверхностно качестве стабилизатора. Кроме того, конструкция millifluidic канала и выбораПравильные скорости потока имеет важное значение. Поскольку нынешние millifluidic фишки изготовлены с использованием полимеров, реакции ограничены реакций на водной основе и те, которые можно проводить при комнатной температуре. Тем не менее, при использовании соответствующих высокотемпературных стабильные полимерные чипсы или боросиликатного на основе чипов, можно проводить реакцию при более высоких температурах, а также с использованием органических растворителей.

Для временным разрешением кинетических исследований, в формировании месте наночастиц золота, начиная с предшественника соли золота зондировали в реальном времени с помощью месте рентгеновской абсорбционной спектроскопии в путем преобразования пространственное разрешение в временным разрешением. Первые свидетельства об образовании наночастиц золота с Au-Au связи наблюдалось только после добавления NaBH 4 в отличие от результатов исследований по Tsukuda с сотрудниками 19. Они сообщили, образованию металлического Au 13 (ДМСА) 8 кластеров с Au-Au связи по Mixiнг тех же предшественников в традиционном синтезе колбу. Техника, следовательно, является ценным в наблюдении реакции промежуточных на временным разрешением, что не представляется возможным в традиционном колбу на основе реакции.

Одна из самых больших преимуществ использования millifluidic системы для времени решены кинетическую исследование связано с возможностью иметь более высокие концентрации, которые позволят лучше отношение сигнал-шум, когда реакции исследовали на месте. В нынешней системе ограничение в том, что, только жесткий рентген можно использовать для исследования реакции с использованием XAS. Для того, чтобы исследовать реакции, используя другие методы спектроскопии, такие как UV-VIS-спектроскопии, в millifluidic чипы должны иметь оптические окна. Опять же, с существующей установки, можно было только исследовать реакции на водной основе и при комнатной температуре.

Катализ с помощью золотых катализаторов на основе периодических процессов в хорошо известен и очень активно проводились исследования. Тем не менее, саменя это не так для катализа прямоточного. В этом исследовании мы показали, непрерывный поток каталитическую активность золотых катализаторов, сформированных в millifluidic чип для сокращения 4-NP в 4-AP 22, который был использован в качестве примера. Результаты показали более чем 90%-ную конверсию 4-NP с золотого катализатора с использованием подхода непрерывный поток катализа. Одним из основных преимуществ этого метода по сравнению с процессом катализа пакетном является возможность повторного использования катализатора. Например, катализатор повторно более 40 циклов (80 час времени реакции) и все еще оставались активными.

Преимущества использования существующей системы для непрерывного катализа потока является то, что каналы имеют меньше шансов быть забиты катализатора в отличие от тех в литературе с использованием микрожидкостных систем 23,24. Еще одним преимуществом является возможность исследовать реакцию катализа в месте, как это происходит, чтобы понять механизм реакции катализ. Злая собакааренду ограничения системы непрерывного потока катализа в том, что только реакции катализа фазе раствора на водной основе может быть осуществлена ​​и, что тоже только при комнатной температуре. Дальнейшие модификации устройства требуются для того, чтобы газофазного катализа непрерывного потока или при комнатной температуре или при более высоких температурах.

Таким образом, мы демонстрируем два важных возможностей millifluidic реакторов. Во-первых, он может быть использован в качестве инструмента для непрерывного химического синтеза поток и второй, как универсальный зонд в течение времени решены кинетические исследования химических реакций. Кроме того, мы покажем, что millifluidic устройство можно использовать как в качестве учебного пособия для изучения лаборатории-на-чипе устройств, а также как простой, удобный и ручной прибор для химического синтеза и на месте зонда для химические реакции.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Все авторы, кроме ЧССР Кумар заявляют, что они не имеют конкурирующие финансовые интересы. С. ССР Кумар является основателем компании Millifluidica ООО.

Acknowledgments

Эта работа поддерживается как часть Центра атомного уровня Catalyst дизайна, научно-исследовательский центр пограничной энергии, финансируемого Департаментом энергетики США, Управление по науке, Управления основной энергии наук при Award Количество DE-SC0001058 а также при поддержке Совета Риджентс по грантам награждения числа LEQSF (2009-14)-EFRC-МАТЧ и LEDSF-EPS (2012)-OPT-IN-15. Операции MRCAT поддерживаются Министерством энергетики и учреждений-членов MRCAT. Использование передовых фотонных Источник в ANL поддерживается Министерством энергетики США, Управление по науке, Управления основной энергии наук, по договору № DE-AC02-06CH11357. Финансовая поддержка JTM была предоставлена ​​в рамках Института Атом-эффективных химических превращений (IACT), в научно-исследовательский центр энергии пограничной финансируемого Департаментом энергетики США, Управление по науке, Управления основной энергии наук.

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

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Song, Y., Hormes, J., Kumar, C. S. S. R. Microfluidic Synthesis of Nanomaterials. Small. 4 (6), 698-711 (2008).
  2. 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).
  3. Helen, S., Delai, L. C., Rustem, F. I. Reactions in Droplets in Microfluidic Channels. Angew. Chem. Int. Ed. 45, 7336-7356 (2006).
  4. Marre, S., Jensen, K. F. Synthesis of nanostructures in microfluidic systems. Chem. Soc. Rev. 39, 1183-1202 (2010).
  5. 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).
  6. 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).
  7. 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).
  8. 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).
  9. 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).
  10. 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).
  11. 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).
  12. Microfluidic Devices in nanotechnology-Fundamental Concepts. Kumar, C. S. S. R. , John Wiley. (2010).
  13. Microfluidic Devices in nanotechnology-Fundamental Concepts. Kumar, C. S. S. R. , John Wiley. (2010).
  14. Meille, V. Review on Methods to Deposit Catalysts on Structured Surfaces. Appl. Catal. A Gen. 315, 1-17 (2006).
  15. 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).
  16. 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).
  17. 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).
  18. 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).
  19. 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).
  20. Abou-Hassan, A., Sandre, O., Cabuil, V. Microfluidics in Inorganic Chemistry. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 6268-6286 (2010).
  21. Jiang, D., Walter, M., Dai, S. Gold Sulfide Nanoclusters: A Unique Core-In-Cage Structure. Chem. Eur. J. 16, 4999-5003 (2010).
  22. 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).
  23. 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).
  24. 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).

Tags

Биоинженерия выпуск 81 Millifluidics Millifluidic устройств с временным разрешением Кинетика Синтез Катализ наноматериалы Лаборатория на-чипе
Millifluidics для химического синтеза и с временным разрешением механистических исследований
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Krishna, K. S., Biswas, S., Navin,… More

Krishna, K. S., Biswas, S., Navin, C. V., Yamane, D. G., Miller, J. T., Kumar, C. S. S. R. Millifluidics for Chemical Synthesis and Time-resolved Mechanistic Studies. J. Vis. Exp. (81), e50711, doi:10.3791/50711 (2013).

Less
Copy Citation Download Citation Reprints and Permissions
View Video

Get cutting-edge science videos from JoVE sent straight to your inbox every month.

Waiting X
Simple Hit Counter