Summary
Millifluidic enheter används för kontrollerad syntes av nanomaterial, tidsupplöst analys av reaktionsmekanismer och kontinuerligt flöde katalys.
Abstract
Förfaranden som utnyttjar millifluidic anordningar för kemisk syntes och tidsupplösta mekanistiska studier beskrivs genom att ta tre exempel. I det första, är syntesen av ultrasmå kopparnanokluster beskrivs. Det andra exemplet tillhandahåller deras användbarhet för att undersöka tidsupplöst kinetiken för kemiska reaktioner genom att analysera guldnanopartikelbildning med användning av in situ röntgenabsorption spektroskopi. Det sista exemplet visar kontinuerligt flöde katalys av reaktioner inne millifluidic kanal belagda med nanostrukturerade katalysator.
Introduction
Lab-on-a-chip (LOC) anordningar för kemisk syntes har visat betydande fördelar i form av ökad massa-och värmeöverföring, överlägsen reaktionskontroll, hög genomströmning och säkrare drift miljö 1. Dessa enheter kan grovt delas in i chipbaserade flödes och nonchip baserade fluidanordningar. Bland de chipbaserade flödes är mikrofluidik väl undersökt och ett ämne väl täckta i litteraturen 2-5. Nonchip baserade LOC system använder rörformiga reaktorer 6. Konventionellt är mikrofluidiska system som används för exakt kontroll och manipulation av fluider som är geometriskt begränsade till submillimeter skala. Vi har nyligen infört begreppet chipbaserade millifluidics, som kan användas för manipulering av fluider i kanaler i millimeterskala (antingen bredd eller djup eller båda av kanalerna är åtminstone en millimeter i storlek) 7-9. Vidare är de millifluidic chips är relativt lätt att tillverka while som erbjuder liknande kontroll över flödeshastigheter och manipulation av reagenser. Dessa marker kan också drivas vid högre flödeshastigheter, skapa mindre uppehållstider och därmed erbjuda möjligheten för uppskalning av kontrollerad syntes av nanopartiklar med snävare storleksfördelning. Som ett exempel har vi nyligen visat att syntes av ultrasmå kopparnanokluster och karakteriserades dem med hjälp av in situ röntgenabsorption spektroskopi samt TEM. Förmåga att erhålla små uppehållstider inom millifluidic kanaler i kombination med användningen av MPEG, som är mycket effektiv tvåtandad PEGylerat stabiliseringsmedel för bildning av stabila kolloider av kopparnanokluster 7.
Förutom syntes av kemikalier och nanomaterial kunde millifluidics erbjuder, på grund av högre volym och koncentration vid sondens område, en syntetisk plattform som är mer generaliserat och effektivt för tidsupplösta kinetiska studier och även achieves bättre signalbrusförhållande än mikrofluidiksystem 7,10. Vi visar att användningen av millifluidic chip som exempel för tidsupplöst analys av tillväxten av guld nanostrukturer från lösning med hjälp av in situ XAS med en tidsupplösning så liten som 5 ms 11.
Dessutom är majoriteten av mikroreaktorer som utvecklats hittills för katalys applikationer baserade på kisel 12,13. Deras dyra tillverkning förutom små volymer som genereras gör dem olämpliga för storskalig tillverkning. De två generella metoder för beläggning av kanaler med nanocatalysts - kemiska och fysiska, som ofta kallas kisel beläggning förfaranden, är för närvarande på modet 14,15. Förutom dyra mikrofabrikation, gör igensättning av kanalerna mikroreaktor katalys kan vara olämpliga för storskalig tillverkning. Även mikroreaktorer har använts för heterogen katalys i mikro kontinuerliga genomströmnings processer EARLIER 16 till 18, förmågan att styra dimensionen och morfologin hos de inbäddade guldnanostrukturerade katalysatorer inom kontinuerliga flödeskanalerna var aldrig utforskats tidigare. Vi har nyligen utvecklat en teknik för beläggning av millifluidic kanaler med Au-katalysatorer, efter att ha kontrollerat nano morfologi och dimensioner (Figur 5) 11, för att utföra katalys av industriellt viktiga kemiska reaktioner. Som ett exempel har vi visat omvandling av 4-nitrofenol i 4-aminofenol katalyseras av nanostrukturerade guld belagt inom millifluidic kanaler. Med tanke på att en enda millifluidic reaktor chip kan producera flödeshastigheter av 50-60 ml / h, 7 hög kapacitet och kontrollerad syntes av kemikalier är möjlig antingen genom kontinuerligt flöde drift eller parallell bearbetning.
För att dra nytta av de möjligheter de millifluidics erbjuder, med några exempel som beskrivs som ovan, vi också visa en användarvänligmillifluidic enhet som är portabel och har alla nödvändiga komponenter som millifluidic chips, grenrör, flödesregulatorer, pumpar och elektriska anslutningar integrerade. En sådan millifluidic anordningen, såsom visas i Figur 7, är nu tillgänglig från företaget Millifluidica LLC ( www.millifluidica.com ). Manuskriptet ger också protokollen genom att använda handhållna millifluidic anordning, som beskrivs nedan, för kontrollerad syntes av nanomaterial, tidsupplöst analys av reaktionsmekanismer och kontinuerligt flöde katalys.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
Millifluidics set-up: Köp en millifluidic chip (i polyester talat polymer) från Microplumbers Microsciences LLC, som har slingrande kanaler med dimensionerna 2 mm (B) x 0,15 mm (H) x 220 mm (L). Använd FEP Slangar med måtten 0,25 mm ID, 1/16 i OD, för anslutning av chipset till pumpen. Använd två olika pumpar för de två olika experiment. Använd P-pump för det första experimentet (kopparnanopartiklar) och millifluidic enhet för det andra experimentet (guld nanopartiklar). För att inom kanalerna minimerar problemet med gasbubblor, nygjord NaBH4 lösning lämnades öppen för att stå för ~ 10-15 min innan du pumpar in i chippet så att gasbubblor fly från lösningen. Detta steg följdes för alla våra experiment.
1. Syntes av Extra små koppar Nano Clusters (UCNCs)
- Kemikalier som krävs: Skaffa koppar (II) nitrate hydrat, natriumborhydrid, natriumhydroxidpellets och O-[2 - (3-mercaptopropionylamino) etyl]-O'-methylpolyethylene glykol (molekylvikt = 5000) [MPEG] och använda alla kemikalier utan ytterligare rening. Använd nanorent vatten (18,2 mQ-cm) för experimentet.
- Använd P-pump som regleras under kvävetryck för experimentet. Testa pumparna med vatten som lösningsmedel vid olika tryck före försöket att korrelera med motsvarande flödeshastigheter (ml / timme). Skölj millifluidic reaktor och slang med avjoniserat vatten före initiering av försöket.
- Lös 174 mg (0,95 mmol) koppar (II) nitrat och 610 mg (0,122 mmol) av O-[2 - (3-mercaptopropionylamino) etyl]-O'-methylpolyethylene glykol i 28 ml nanorent vatten och förvara dem på en flaskan som ska anslutas med en ingångskanal
- Håll en annan lösning av 111 mg (2,93 mmol) natriumborhydrid och 102 mg (2,78 mmol) natriumhydroxid i 28 ml (pH ~ 13) i en annan flaska och förbinder den medandra ingångskanalen.
- Flow båda lösningarna samtidigt inom millifluidic reaktorn vid olika flödeshastigheter (nedan) och samla in de resulterande UCNCs vid utloppet i glasflaska. Purge lösningen med kväve och lagra den under kväve.
- Manövrera pumparna under olika konstanta tryck av 50 mbar (6,81 ml / h), 100 mbar (14,31 ml / h), 200 mbar (32,7 ml / h) och 300 mbar (51,4 ml / h) vid rumstemperatur för syntes av UCNCs vid olika flödeshastigheter.
Medan syntesförfarande visades med användning av den millifluidic uppsättning med P-pump, kan den också utföras under användning av den handhållna millifluidic enheten från Millifluidica.
2. Time Resolved I situ Kinetic Studier på guld nanopartiklar Formation
- Kemikalier som krävs: Skaffa klorsyra (HAuCl 4 3H 2 O). Meso-2 ,3-dimercaptosuccinic syra (DMSA) och natriumborhydrid & #160, och använda alla kemikalier utan ytterligare rening. Använd nanorent vatten (18,2 mQ-cm) för experimentet.
- Använd hög precision, helautomatiska, pulse gratis sprutpumpar flödar vätskorna inuti chipet. Testa pumparna med vatten som lösningsmedel vid olika flödeshastigheter före försöket att optimera krävs flöde.
- Bered standardlösningar av (i) HAuCl 4. 3H 2 O (10 mmol, 118,2 mg/30 ml) och (ii) DMSA (20 mmol, 109,2 mg/30 ml) med 50 mg natriumhydroxid (pH 12) i nanorent vatten.
- Mata de två lösningar genom två separata sprutor i millifluidic chipet vid en konstant flödeshastighet av 10 ml / h med användning av den automatiserade pumpen.
- Par den millifluidic chip till synkrotron stråle linje med användning av en metallstadiet som har tillgång till rörelse i XYZ-riktningar och samla XAS data vid olika zoner på chippet eftersom lösningarna pumpades genom chipet.
Medan <em> in situ analys procedur demonstrerades med användning av den millifluidic uppsättning med P-pump, det kan också utföras med användning av en handhållen millifluidic enhet.
3. Kontinuerligt flöde Gold katalys
Detta förfarande demonstrerades under användning av en handhållen millifluidic enhet.
- Kemikalier som krävs: Skaffa klorsyra (HAuCl 4 3H 2 O.), Meso-2 ,3-dimercaptosuccinic syra (DMSA), natriumborhydrid, 4-nitrofenol, 4-aminofenol och använda alla kemikalier utan ytterligare rening. Använd nanorent vatten (18,2 mQ-cm) för experimentet.
- Katalysatorframställning:. Bered standardlösningar av HAuCl 4 3H 2 O (10 mmol, 118,2 mg/30 ml), DMSA (20 mmol, 109,2 mg/30 ml) och NaBH4 (10 mmol, 11,34 mg/30 ml) i Nanopure vatten.
- Ta 10 ml av vardera HAuCl 4 och DMSA lösningar i två separata flaskor och flödes them inuti chipet med användning av den handhållna millifluidic enhet med en jämn flödeshastighet på 12 ml / h under 45 min.
- Flöde 10 mmol NaBH4 inom chipet vid 12 ml / h flödeshastighet på 15 min för att minska Au (I), Au (0).
- Slutligen, tvätta chip med nanorent vatten i 30 minuter vid samma flödeshastighet innan utförandet av katalys experiment.
- Catalysis reaktion: Utför den kemiska omvandlingsreaktionen (reduktion) av 4-nitrofenol (4-NP) till 4-aminofenol (4-AP) inuti guldkatalysator (framställd ovan) belagda millifluidic kanal såsom anges nedan.
- Blanda 15 ml av 9 x 10 -5 mol lösning av 4-NP med 3,3 ml 0,65 mol NaBH4-lösning för bildning av 4-nitrofenolat jon (4-NPI).
- Häll den resulterande lösningen över guldkatalysatorn deponeras inom chipet vid en konstant flödeshastighet av 5 ml / h för att utvärdera den katalytiska aktiviteten. Analysera UV-Vis-spektra av de uppsamlade produkterna inom ett våglängdsområde av 250 till 500 nm för att bekräfta omvandlingen av 4-NP.
- Uppskatta den katalytiska aktiviteten av reaktionen genom att erhålla kalibreringskurvan för 4-NPI. Kalibreringskurvan kan förvärvas genom att plotta den experimentellt observerade absorptionen intensitet (I) av 4-NPI vid olika standardkoncentrationer. De topphöjd (vid 399 nm) för UV-Vis absorption kurvorna representerar absorptionen intensitet (I) värden och enligt Beer Lamberts lag, skulle en förändring av topphöjden värdet visar motsvarande förändring i sin koncentration. Därför uppskattar den katalytiska aktiviteten genom att finna skillnaden i ursprungliga och slutliga koncentrationer av reaktanten från kalibreringskurvan. Till exempel, om topphöjden är en enhet (figur 6) den motsvarar en katalytisk omvandling av 90% (räknat på den kalibreringskurva).
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
Väl utspridda och enhetliga stora kopparnanokluster med en snäv storleksfördelning erhölls med hjälp av millifluidic chip inställning (bild 1a). De olika flöden som används för syntes hade inte någon signifikant effekt på storleken på klustren. Icke desto mindre med ökning av flödeshastigheten, finns det en märkbar förbättring i förträngning av storleksfördelning. UCNCs med en bästa snäv storleksfördelning erhölls vid en flödeshastighet av 32,7 ml / tim. Storleken UCNCs bildade vid 32,7 ml / h flödeshastighet som har en medeldiameter av 1,2 nm (fig 1b).
Den tidsupplöst in situ XAS inställning visas i fig. 2a. Såsom beskrivs i den experimentella proceduren var millifluidic chips monterat på en metallstadiet direkt i banan för den monokromatiserad synkrotron stråle och justeras så att strålen passerat genom önskad zon på chipet. Efter optimering av flödesförhållandena, utgångsreagens (klorsyra (HAuCl 4 3-kant erhölls vid fem olika zoner som sonderas av en röntgenstråle storleken av 0,05 mm x 0,05 mm, medan strömmar prekursorlösningarna in i kanalerna. Utifrån dessa spektra analys, var de första förändringarna i prekursorlösningen fann ske omkring den zon 5 med bildandet av Au x S y - nanokluster 21 som har en Au / S-förhållande nära 2 med Au (I) oxidationstal. Fig. 3a visar Au L 3-kant XANES spektra som samlats på olika zoner med spektrum erhålls vid zon 3 som visar förekomsten av föregångaren, HAuCl 4, med Au (III) oxidationstal. Fig. 4 visar transmissionselektronmikroskop (TEM) bild av provet i Au x S y - nanokluster av 1-2 nm storlek samlats in från zon 5. Baserat på den EXAFS analysis och linjär kombination passar med guldfolie och guld svavelväte referensföreningar av provet sonde på zon 5, kan vi också konstatera att provet är en blandning av prekursor guldsalt (40% av HAuCl 4) och 60% av Au x S y - nanokluster (bild 3b). Bildningen av Au x S y - nanokluster observerades först 17 sek efter starten av reaktionen och reaktionshastigheten (beräknad med användning av prekursorer förbrukning) vid denna punkt var 0,235 mmol / sek. Inga metalliska guld nanopartiklar erhölls även efter 12-24 timmar av reaktionen och den stabila kolloid innehöll endast Au x S y - nanokluster. Efter att ha passerat NaBH4 genom chipet visade EXAFS analysen att obligationen-längden på nanokluster ökade från 2,30 Å (Au-S) till 2,86 Å (Au-Au) som anger en minskning av Au (I) till Au (0) (fig 3c). Under långvarigtid av flödande prekursorerna (9 H), Au x S y - insättningar i den millifluidic kanaler i form av halvsfäriska mikrostrukturer (fig 5).
För katalys experiment omvandling av 4-NP att 4-AP övervakas baserat på UV-Vis-analys av de erhållna produkterna i jämförelse med spektra för standarder (fig 6a), vid blandning med NaBH 4 kan man se att absorptionsspektrum för 4-NP (λ max 316 nm) skiftades till 399 nm, vilket indikerar bildning av 4-NPI som på vidare reaktion omvandlades till 4-AP (λ max 301 nm) genom att flöda den genom millifluidic kanal innehållande den nanostrukturerade guld deponerats i centrum. Omräkningsfaktor på 90,5% observerades för 4-NP till 4-AP (Fig. 6b) i guld-deponerade chip medan omvandlingen var endast 20% i ett chip saknar guld. Viktigast var guldkatalysator befunnits vara catalytically aktiv även efter 80 timmars reaktion. Resultaten visar betydelsen av millifluidics för kontinuerlig flödes katalys.
Figur 1: (a) En schematisk representation av den millifluidic plattform för syntesen av UCNCs tillsammans med reaktionsschema (b) TEM bild av ~ 1,2 nm UCNCs bildade med användning av den millifluidic chip med en flödeshastighet av 32,7 ml / h (Återgivet med tillstånd från referens 7).
Figur 2: (a) in situ XAS analys installation för tidsupplöst kinetiska studier (b) Millifluidic chip med den markerade zsådana där in situ XAS utförs (Återgivet med tillstånd från ref. 7, Copyright Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KGaA, 2012).
Figur 3: (a) XANES spektra visar Au L 3 kant vid zon 3 (röd), zon 5 (blå) och zon 5 efter 12 timmar (svart) (b) EXAFS spektra på samma zoner (c) EXAFS av Au folie (svart) och provet efter NaBH4-reduktion (röd), (-) Fouriertransformen magnitud och (---) imaginärkomponent av Fourier-transformen (återges från referens 11).
Figur 4: TEMbild av Au x S y - nanokluster (Återgivet från referens 11)
Figur 5: SEM-bilder av de olika förstoringar av guldkatalysator som bildades inom millifluidic kanalen efter 9 h av beläggningstiden.
Figur 6: UV-Vis-spektra av (a) 4-nonylfenol, 4-NPI, och 4-AP (b) Omvandling av 4-NPI att 4-AP i ett millifluidic chip reaktor med och utan guld (återges från referens 11) .
Figur 7: Handhållna millifluidic anordning som används vid experimenten.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
De UCNCs bildades genom reduktionsreaktionen av kopparnitrat med natriumborhydrid i närvaro av det polymera täckmedel O-[2 - (3-Mercaptopropionylamino) etyl]-O'-methylpolyethylene glykol (molekylvikt = 5000) [MPEG]. Reaktionen utförs inom millifluidic chip reaktorn vid olika flödeshastigheter, t.ex. 6,8 ml / h, 14,3 ml / timme, 32,7 ml / h, och 51,4 ml / timme för att studera effekten av flödeshastigheter på UCNCs bildas. De respektive uppehållstider för ovanstående flödeshastigheter är 47.49, 24.44, 16.56, och 9,02 sek. De kolloidala kopparkluster som erhållits på alla dessa flöden var stabila upp till tre månader under inerta förhållanden. En smal storleksfördelning med medelpartikelstorlek av 1,2 nm erhölls för flödeshastighet på 32,7 ml / timme.
En av de viktigaste fördelarna med att använda millifluidics över mikrofluidik för kemisk syntes i allmänhet och nanopartiklar syntes framför allt är möjligheten att uppnå höga flödeshastigheter. För EXAmple, flödeshastigheter så hög som 51,4 ml / timme observerades i vårt experiment medan de typiska flödeshastigheter som kan uppnås med mikrofluidik som har 10-100 ìm kanalstorlekar i intervallet 0,03 till 4 ml / h 20. Det var möjligt att nå ännu högre flödeshastigheter (dvs.> 3 ml / min) när millifluidic enheten från Millifluidica användes. Fluidic egenskaper som uppstår på grund av dessa höga flödeshastigheter behöll fortfarande funktioner som laminärt flöde liknar fallet med mikroflödes bestämd experimentellt och genom numeriska simuleringar. Till exempel, det beräknade Reynolds tal bekräftades det laminära flödet och intervallet av Peclet nummer visat att blandningen av de två ingångarna domineras av konvektion.
Några av de kritiska stegen i syntesen är identifieringen av lämplig metod för minskning av metallsalter och lämpligt ytaktivt medel som en stabilisator. Dessutom utformning millifluidic kanalen och val avkorrekta flödeshastigheter är viktigt. Sedan de gällande millifluidic chips är gjorda med polymerer, är reaktionerna begränsade till vattenbaserade reaktioner och de som kan utföras vid rumstemperatur. Men genom att använda lämpliga högtemperatur-stabila polymerchips eller borosilikat-baserade chips, kan en utföra reaktioner vid högre temperaturer liksom med hjälp av organiska lösningsmedel.
För tidsupplösta kinetiska studier, in situ-bildningen av guldnanopartiklar med början från den prekursor guldsalt sonderades i realtid med hjälp av in situ röntgenabsorption spektroskopi genom att omvandla rumsliga upplösningen i tidsupplösning. Den första bevis på bildandet av guld nanopartiklar med Au-Au bindning observerades endast efter tillsats av NaBH4 skillnad resultaten från undersökningarna av Tsukuda och medarbetare 19. De rapporterade bildandet av metalliskt Au 13 (DMSA) 8 kluster med Au-Au bindning på Mixing av samma prekursorer i en traditionell kolv syntes. Tekniken är därför värdefullt att observera reaktionsintermediärer vid tidsupplösning som inte är möjligt i en traditionell kolv baserad reaktion.
En av de största fördelarna med att använda millifluidic system för tidsupplöst kinetisk studie är på grund av möjligheten att få högre koncentrationer som möjliggör bättre signal-brusförhållande när reaktionerna sonderas på plats. I det nuvarande systemet för begränsning är att, bara hård röntgenstrålning kan användas för att undersöka reaktionen med hjälp XAS. För att undersöka reaktionerna använder andra spektroskopi tekniker såsom UV-VIS-spektroskopi, de millifluidic marker måste ha optiska fönster. Återigen, med den nuvarande utformningen, man kunde bara sond vattenbaserade reaktioner och vid rumstemperatur.
Katalys med hjälp av guldbaserade katalysatorer inom satsvisa processer är välkänd och mycket aktivt forskning. Men det samig är inte sant för kontinuerligt flöde katalys. I detta experiment visar vi kontinuerligt flöde katalytiska aktiviteten hos de guldkatalysatorer som bildades inom millifluidic chip för reduktion av 4-NP att 4-AP-22, som användes som ett exempel. Resultaten visade över 90% omvandling av 4-NP med guld-katalysator med hjälp av kontinuerligt flöde katalys tillvägagångssätt. En av de stora fördelarna med denna metod över sats katalys processen är återanvändning av katalysatorn. Till exempel var katalysatorn återanvänds över 40 cykler (80 h av reaktionstiden) och fortfarande förblev aktiva.
Fördelarna med att använda det nuvarande systemet för kontinuerligt flöde katalys är att kanalerna är mindre benägna att bli igensatt av katalysatorn till skillnad från de som rapporterats i litteraturen med hjälp av mikroflödessystem 23,24. Ytterligare en annan fördel är förmågan att sondera katalys reaktion in situ när den sker i syfte att förstå den katalys reaktionsmekanismen. Curhyres begränsningar i systemet för kontinuerligt flöde katalys är att endast vattenbaserade lösning-fas katalys reaktioner kan utföras och att alltför endast vid rumstemperatur. Ytterligare modifikationer av anordningen erfordras för att möjliggöra gas-fas kontinuerligt flöde katalys, antingen vid rumstemperatur eller vid högre temperaturer.
Sammanfattningsvis visar vi två viktiga funktionerna i millifluidic reaktorer. För det första kan det användas som ett verktyg för kontinuerlig flödes kemisk syntes och för det andra som en mångsidig sond för tidsupplöst kinetiska studier av kemiska reaktioner. Dessutom visar vi att en millifluidic enhet kan användas både som ett pedagogiskt verktyg för att lära sig om lab-on-a-chip-enheter och även som en enkel, användarvänlig och handhållen apparat för kemisk syntes och in situ-sond för kemiska reaktioner.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
Alla författare utom CSSR Kumar förklarar att de inte har några konkurrerande ekonomiska intressen. C. SSR Kumar är grundare av företaget Millifluidica LLC.
Acknowledgments
Denna forskning stöds som en del av Centrum för atomnivå Catalyst Design, en Energy Frontier Research Center finansieras av US Department of Energy, Office of Science, Office of Basic Energivetenskaper inom Award Number DE-SC0001058 och stöds även av styrelsen för Regents enligt bidrag utmärkelse nummer LEQSF (2009-14)-EFRC-MATCH och LEDSF-EPS (2012)-OPT-IN-15. MRCAT verksamhet stöds av Institutionen för energi och MRCAT medlemsinstitutionerna. Användningen av Advanced Photon Source vid ANL stöds av US Department of Energy, Office of Science, Office of Basic Energivetenskaper, enligt kontrakt nr DE-AC02-06CH11357. Ekonomiskt stöd till JTM utförs som en del av Institutet för Atom-effektiva kemiska transformationer (lACT), en Energy Frontier Research Center finansieras av US Department of Energy, Office of Science, Office of Basic Energivetenskaper.
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).
