Waiting
Login processing...

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

Engineering

إعداد واستخدام Photocatalytically بالموقع مقسمة حج | أكسيد الزنك ومحوري تيو Published: May 2, 2014 doi: 10.3791/51547
Automatic Translation
1, 1, 1, 1
1MESA+ Institute for Nanotechnology, University of Twente

Abstract

تتطلب النانو نشطة Photocatalytically مساحة محددة كبيرة مع وجود العديد من المواقع المفعلة حفاز للأكسدة والحد من ردود الفعل النصف، والإلكترون بسرعة (ثقب) نشر وتهمة الانفصال. أسلاك تقديم أبنية مناسبة لتلبية هذه الاحتياجات. مجزأة محوريا حج | وأدلى أكسيد الزنك ومجزأة شعاعيا أسلاك (محوري) تيو 2-حج يبلغ قطرها 200 نانومتر، ويبلغ طوله 6-20 ميكرون بواسطة قالب الكهربي داخل المسام من البولي (PCTE) أو بأكسيد محفورا المسار أكسيد الألومنيوم (AAO) الأغشية، على التوالي. في التجارب بهوتوكاتاليتيك، تصرف أكسيد الزنك وتيو 2 مراحل كما photoanodes، وكما حج الكاثود. ليس هناك حاجة إلى الدائرة الخارجية لربط كل من الأقطاب الكهربائية، والتي هي الميزة الأساسية على الخلايا الكهروكيميائية الصورة التقليدية. لجعل مجزأة حج | أسلاك أكسيد الزنك، تم استبدال بالكهرباء الملح حج بعد تشكيل قطاع حج لتشكيل شريحة أكسيد الزنك لttached إلى الجزء حج. لصنع أسلاك المحورية تيو 2-حج، تم تشكيل هلام تيو 2 أول مرة من قبل يسببها electrochemically طريقة سول هلام. أدى تجفيف والصلب الحرارية من حيث تشكيلها تيو 2 هلام في تشكيل البلورية تيو 2 الأنابيب النانوية. وأسفرت خطوة الكهربي حج اللاحقة داخل الأنابيب النانوية تيو 2 في تشكيل أسلاك المحورية تيو 2-حج. ويرجع ذلك إلى مزيج من أشباه الموصلات من نوع ن (أكسيد الزنك أو تيو 2) والمعادن (حج) في نفس أسلاك متناهية الصغر، تم إنشاء حاجز شوتكي في واجهة بين المرحلتين. للتدليل على النشاط بهوتوكاتاليتيك من هذه الأسلاك النانوية، وحج | استخدمت أسلاك أكسيد الزنك في تجربة بهوتوكاتاليتيك التي تم الكشف H 2 الغاز على إضاءة الأشعة فوق البنفسجية من أسلاك فرقت في خليط الميثانول / الماء. بعد 17 دقيقة من الإضاءة، ما يقرب من 0.2٪ المجلد H 2 تم الكشف عن الغاز من تعليق ~ 0.1 غرام من حج | أكسيد الزنكأسلاك في 50 مل 80٪ محلول الميثانول المجلد مائي.

Introduction

نظرا لأبعادها الصغيرة ونسبة كبيرة السطح إلى الحجم، أسلاك هي كائنات أحادية البعد واعدة جدا والتي يمكن استخدامها في مجموعة واسعة من التطبيقات الطبية الحيوية وتقنية النانو 1. في الأدب، وقد تم الإبلاغ عن العديد من أسلاك تحتوي على مكون واحد مع خصائص وظيفية 2-7. ولكن عندما يتم دمج مواد متعددة (المعادن، والبوليمرات وأكاسيد المعادن) بشكل تسلسلي ضمن أسلاك متناهية الصغر واحدة، أسلاك متعددة الوظائف يمكن إجراء 8، 9. عندما تكون متصلا عدة قطاعات داخل أسلاك متناهية الصغر واحدة، قد تظهر الخصائص الفنية التي لم تكن موجودة عندما كانت تستخدم فقط للقطاعات الفردية. على سبيل المثال، تم الإبلاغ عن nanomotors تحتوي على الاتحاد الافريقي وحزب العمال قطاعات ضمن أسلاك متناهية الصغر واحدة التي انتقلت بشكل مستقل عند وضعه في بيروكسيد الهيدروجين 4. تقنيات مناسبة لتشكيل أسلاك multisegmented هي التسلل والكهربي قالب <sup> في 8 و 9.

في عام 1987، كان بينر ومارتن أول من نشر استخدام الكهربي قالب لتشكيل أسلاك الاتحاد الافريقي في أغشية البولي 10. منذ ذلك الحين، بدأ العديد من الباحثين الآخرين باستخدام الكهربي قالب لتركيب أسلاك ذات أبعاد مختلفة، وذلك باستخدام إما البولي محفورا المسار الأغشية (PCTE) أو أكسيد الألومنيوم بأكسيد (AAO) الأغشية والقوالب 11. مزايا استخدام الكهربي قالب لتخليق أسلاك متناهية الصغر هي طبيعة فعالة من حيث التكلفة على النحو عادة ما يتم إجراء الكهربي تحت ظروف معتدلة، وإمكانية لتشكيل أسلاك إما من المعادن، وأكاسيد المعادن و / أو البوليمرات، وقدرته على خلق نسخة طبق السلبية الدقيق لل القالب المستخدم 11. علاوة على ذلك، أسلاك مجزأة يمكن تشكيلها من قبل ترسب متتابعة من اثنين أو أكثر من مراحل مختلفة، وعندما أنابيب واحدة من المرحلتين يمكنأن تدلي بها الكهربي قالب، أسلاك المحورية التي تحتوي على مرحلتين مختلفة يمكن تقديمها.

أكاسيد المعادن يمكن electrodeposited عندما ايونات المعادن منها هي غير قابلة للذوبان في المحاليل المائية عند درجة الحموضة العالية. لالأكسجين اللازمة، وثلاثة السلائف مختلفة يمكن استخدامها، أي أيونات النترات 12-15، بيروكسيد الهيدروجين 13، 16، 17، 18 والأكسجين الجزيئي. مع استخدام أيونات النترات، كما هو الحال في هذا البروتوكول، وتطبيق إمكانات أكثر سلبية من -0.9 V مقابل حج / أجكل يؤدي إلى زيادة درجة الحموضة محليا من قبل الحد من نترات عند الكاثود 19، 20:

NO 3 - + H 2 O + 2E - → NO 2 - + 2OH -. (1)

عندما يتم تسخين الحل بالكهرباء إلى 60-90 درجة مئوية، وأسلاك أكسيد الزنك تشكل من زين عجلتج هيدروكسيد:

زد 2 + + 2OH - → أكسيد الزنك + H 2 O. (2)

بناء على طلب من إمكانات إلى القطب العمل، الذي يتوضع في أسفل المسام في قالب الكهربي، ودرجة الحموضة داخل المسام هو زيادة محليا مما أدى إلى تشكيل أسلاك متناهية الصغر المحلية. منذ أكسيد الزنك هو من نوع ن أشباه الموصلات، وردود الفعل (1) و (2) يمكن أن تستمر في واجهة أكسيد الزنك / بالكهرباء، مما أدى إلى تشكيل البلورية وكثيفة أكسيد الزنك أسلاك متناهية الصغر 21، 22.

توجد عدة طرق لتركيب الأنابيب النانوية تيو 2، ولكن لتشكيل هيكل محوري باستخدام عملية الكهربي متتابعة، والتي يسببها electrochemically طريقة سول هلام هو أكثر ملائمة. وقدم هذا الأسلوب لالكهربي الكاثودية من تيو 2 الأفلام الأولى ناتاراجان آخرون في عام 1996 23. وكان ابعد من ذلكص تحسن بنسبة Karuppuchamy وآخرون في عام 2001 19 و 24. باستخدام هذا الأسلوب، يتم حله التيتانيوم oxysulfate (TiOSO 4) مسحوق في محلول مائي من بيروكسيد الهيدروجين (H 2 O 2) على تشكيل مجمع peroxotitanate (تي (O 2) SO 4):

TiOSO 4 + H 2 O 2 → تي (O 2) SO 4 + H 2 O. (3)

في إمكانات أكثر سلبية من -0.9 V مقابل حج / أجكل، ودرجة الحموضة في سطح القطب وبنسبة تخفيض النترات (رد الفعل (1))، وتشكيل هلام هيدروكسيد التيتانيوم 19، 20:

منظمة الشفافية الدولية (O 2) SO 4 + 2OH - + (س +1) H 2 O → تيو (OH) 2 XH 2 O + H 2 O 2 + SO 4 2 -. (4)


اللاعب Natarاجان وآخرون. تتم إزالة التحليل الحراري التفاضلي المستعملة لتجد أن الماء من الجل حول 283 درجة مئوية خلال الصلب الحرارية، مما يؤدي إلى تشكيل متبلور تيو 2 المرحلة 23. لفيلم مستو، تبلور في مرحلة أناتاسي يحدث عندما تكون درجة الحرارة يتم زيادة أعلاه 365 ° C 23 و 25، في حين يحدث تبلور عند درجة حرارة بين 525 و 550 درجة مئوية عند استخدام قالب AAO 25.

تيو (OH) 2 · XH 2 O → تيو 2 + (س +1) H 2 O. (5)

قطر المسام من القالب AAO تستخدم يحدد ما إذا كان سيتم تشكيل لأسلاك متناهية الصغر الصلبة أو أنابيب مفتوحة. ترسب في قالب مع قطر المسام الصغيرة (~ 50 نانومتر) النتائج في تشكيل أسلاك متناهية الصغر 20 و 26، في حين أن تطبيق نفس الأسلوب داخل المسام مع قطر أكبر (~ 200 نانومتر) في النتائجتشكيل أنابيب 25. هذا هو بسبب انهيار هلام يمكن أن يحدث عند إزالة الماء الزائد.

في أوائل 1970s، كانت فوجيشيما وهوندا أول من نشر نظام لتقسيم المياه مباشرة تحت ضوء الأشعة فوق البنفسجية، والتي تم إنجازه من قبل القطب الروتيل جانب إلى القطب البلاتين 27، 28. منذ ذلك الحين، تم تحديد أكثر من 130 مواد أشباه الموصلات كما photocatalysts 29-31. من هذه، ثاني أكسيد التيتانيوم 32-36، 37-40 أكسيد الزنك، وأكسيد الحديد 41، 42 هي من بين المواد الأكثر درس بشكل مكثف. نسبة السطح إلى حجم هذه المواد يمكن زيادة بشكل كبير عندما يتم استخدام الجسيمات النانوية أو أسلاك، مما يؤدي إلى تحسين الكفاءة بهوتوكاتاليتيك 29، 30، 43-49.

لبناء بهوتوكاتاليتيك حج | أسلاك أكسيد الزنك، أكسيد الزنك، وهو متفاعل للضوء ن الطباعه أشباه الموصلات، وكان على علاقة مع حج عبر الكهربي متتابعة داخل نفس القالب 50. في مثل هذا أسلاك متناهية الصغر واحدة، ويقترن photoanode أكسيد الزنك وحج الكاثود مباشرة من دون الحاجة إلى دائرة خارجية ربط الأقطاب، والذي هو على النقيض من الوضع في الخلايا الكهروكيميائية الصورة التقليدية. هذا يبسط إلى حد كبير بنية الجهاز ويزيد من الكفاءة من خلال الحد من الخسائر أومية في النظام. اقترنت أكسيد الزنك وشرائح حج منذ الألفة الإلكترونية من أكسيد الزنك (4.35 فولت مقابل فراغ) قريبة جدا من وظيفة عمل من حج (4.26 فولت مقابل الفراغ). هذا الحث على تشكيل حاجز شوتكي بين مرحلتي 51، والذي يسمح الإلكترونات متحمس في نطاق التوصيل من أكسيد الزنك بالتدفق إلى حج، ولكن ليس العكس، وبالتالي تحظر فرصة الإلكترون حفرة إعادة التركيب 52. يمكن أن تتكون المرحلة wurtzite نشطة من أكسيد الزنك بالفعل في 60-90 درجة مئوية، الذي يوفر وسيلة سهلة وفعالة من حيث التكلفة من nanowتشكيل غضب. هذا هو على النقيض من معظم أكاسيد متفاعل للضوء الأخرى التي تتطلب خطوة وسيطة الصلب في درجات حرارة عالية عندما قدمت عن طريق الكهربي الكاثودية.

تم استخدام تحويل الميثانول والماء الى الهيدروجين وثاني أكسيد الكربون كرد فعل نموذج للتدليل على استخدام أسلاك متناهية الصغر مجزأة تحتوي على المعادن ومرحلة أكسيد المعادن لتشكيل حكم ذاتي H 2 تحت تأثير الأشعة فوق البنفسجية. في هذه التجربة، ويستخدم الميثانول باعتبارها زبال حفرة الذي يتأكسد إلى ثاني أكسيد الكربون 2 في الجزء أكسيد الزنك، وبعد رد الفعل صافي

CH 3 OH + H 2 O + CO → 6H + 2 + + 6H، (6)

حيث ح + يمثل حفرة الإلكترون. يتم تخفيض البروتونات شكلت في الجزء أكسيد الزنك لH 2 على سطح حج، بعد رد الفعل

2H + + 2E -594؛ H 2. (7)

منذ إجمالي الطاقة المطلوبة لردود الفعل (6) و (7) هو أصغر بكثير من الفجوة عصابة من أكسيد الزنك (0.7 و 3.2 فولت، على التوالي)، يمكن أن تستغرق هذه العملية تتم من دون الحاجة إلى مصدر طاقة خارجي. ويتضح هذه العملية تخطيطي في الشكل 1.

في هذا البروتوكول، يتم شرح الإجراءات التجريبية من الكهربي قالب لتشكيل أسلاك مجزأة والمحورية التي تحتوي على كل من المعادن وأشباه الموصلات المرحلة. إجراء لتشكيل مجزأة حج | ويرد أسلاك أكسيد الزنك، وكذلك تشكيل الأنابيب النانوية تيو 2 وملء في وقت لاحق مع حج لانتاج أسلاك المحورية تيو 2-حج. وعلاوة على ذلك، فإن النشاط بهوتوكاتاليتيك من حج | أسلاك أكسيد الزنك ويتجلى من خلال تحويل خليط الميثانول / الماء إلى H 2 CO 2 والغاز على التعرض للأشعة فوق البنفسجية توظيف مقرها PD-الاستشعار عن H 2 الكشف. التركيز من هذا البروتوكول هو على إعداد وتوصيف بهوتوكاتاليتيك اثنين من أكسيد المعادن مجزأة بشكل مختلف | وحدات أسلاك متناهية الصغر المعادن، ومعالجة أكثر عمقا ومثال على أسلاك متناهية الصغر متعددة الوظائف يمكن العثور في أي مكان آخر 53. رد الفعل تقسيم المياه التي كان يعمل باستخدام أسلاك المحورية تيو 2-حج يمكن أيضا أن تكون موجودة في أي مكان آخر 25.

Protocol

مجزأة حج | أكسيد الزنك أسلاك متناهية الصغر في تشكيل الأغشية PCTE

1. PCTE إعداد غشاء لقالب الكهربي

  1. اختيار البولي غشاء محفورا المسار مع قطر المسام الخارجي من 200 نانومتر، وسمك 6 ميكرون (الشكل 2A). قطر الغشاء المستخدمة هنا هي 25 ملم.
  2. تفل طبقة الذهب في المؤخر من الغشاء (الشكل 2B). في هذه الحالة، تم استخدام الضغط ترسب 2 × 10 -2 م بار مع وصول الغاز كما الاخرق. استخدام معدل الترسيب البطيء لل~ 13 نانومتر / دقيقة. ملاحظة: سيتم استخدام هذه الطبقة الاتحاد الافريقي عن الاتصال الكهربائية خلال الكهربي.
  3. استخدام شريط لاصق على الوجهين لإرفاق شريحة زجاجية صغيرة (1.4 × 2.1 سم) على رأس الجانب المغلفة بالذهب من الغشاء. لهذا، وضعت أربع شرائح صغيرة من الشريط على الوجهين على طول حواف الشريحة الزجاجية (الشكل 2C). ملاحظة: تأكد من الغشاء على نحو سلس قدر الإمكان، دون أيأو طيات التجاعيد. يتم استخدام هذه الشريحة الزجاجية لضمان الكهربي انتقائية داخل المسام الغشاء.
  4. عصا قطعة صغيرة من الشريط النحاس على جزء من الغشاء الذي تتمسك بها من الشريحة الزجاجية لتحقيق الاستقرار الميكانيكية. منذ الشريط النحاس تجري، يمكن أن تعلق على مقطع التمساح من القطب تعمل على الشريط النحاس.
  5. إذا لزم الأمر، وتحسين التصاق الغشاء على شريحة زجاجية عن طريق وضع شريط تفلون حول حواف. ملاحظة: للحصول ترسبات في درجة حرارة الغرفة التصاق الشريط على الوجهين عادة ما يكون قويا بما فيه الكفاية، ولكن في درجات حرارة مرتفعة فمن المستحسن استخدام تفلون الشريط كذلك.

2 الكهربي من حج | أكسيد الزنك الأسلاك المتناهية الصغر

  1. إعداد شريحة حج
    1. تحضير محلول مائي يحتوي على 0.20 M لوغانو 3 (1.70 غرام لكل 50 مل) و0.10 MH 3 BO 3 (0.31 غرام لكل 50 مل). ضبط الرقم الهيدروجيني إلى 1.5 باستخدام HNO 3.
    2. وضع أعدتالغشاء مع عداد كهربائي حزب العمال وحج / أجكل (3 M بوكل) الإلكترود المرجعي في الحل كما هو والمعدة.
    3. تطبيق المحتملة لل+0.10 V مقابل الإلكترود المرجعي حج / أجكل لمدة 30 ثانية (أرقام 2D و 2E). ملاحظة: على الرغم من كل البرامج potentiostat ستكون مختلفة، يجب أن يكون جميع برامج خطوط المدخلات مثل "مجموعة المحتملة" و "المدة"، حيث يمكن ملء هذه القيم. الرجاء الرجوع إلى دليل potentiostat وشملت البرامج لمزيد من التفاصيل.
    4. تأخذ الأقطاب من الحل وشطف لهم بالماء ملي-Q.
  2. إعداد الجزء أكسيد الزنك
    1. تحضير محلول مائي يحتوي على الزنك 0.10 M (NO 3) 2 · 6H 2 O (1.49 غرام لكل 50 مل).
    2. تسخين المحلول إلى 60 درجة مئوية باستخدام حمام مائي، ووضع الغشاء الذي يحتوي على شريحة حج جنبا إلى جنب مع مكافحة حزب العمال القطب والقطب المرجعية حج / أجكل في حل ساخنة.
      3. (أرقام 2D و 2E). ملاحظة: على الرغم من كل برنامج potentiostat ستكون مختلفة، وكلها يجب أن يكون خطوط المدخلات مثل "مجموعة المحتملة" و "المدة"، حيث يمكن ملء هذه القيم. الرجاء الرجوع إلى دليل potentiostat وشملت البرامج لمزيد من التفاصيل.
    3. تأخذ الأقطاب من الحل وشطف لهم بالماء ملي-Q.
  3. كرر هذا الإجراء 4x والحصول على ما يكفي للإشارة أسلاك كبيرة من أجهزة الاستشعار H 2.

3. استخراج أسلاك ونقل إلى محلول مائي

  1. قطع الغشاء الذي يحتوي على أسلاك من شريحة زجاجية.
  2. نقل هذا الجزء من غشاء لأنبوب البولي بروبلين الطرد المركزي.
  3. إضافة ~ 2 مل من الكلورين CH 2 2 لإذابة غشاء PCTE والافراج عن أسلاك في الحل. بعد 30 دقيقة ~، الغشاءيجب أن يتم حله تماما (أرقام 2F و 2G).
  4. تطبيق قطرة صغيرة من الكلورين CH 2 2 محلول يحتوي على أسلاك على رقاقة سيليكون صغيرة للتحليل ووزارة شؤون المرأة.
  5. الحل الطرد المركزي التي تم الحصول عليها في ~ 19،000 x ج لمدة 5 دقائق، وإزالة الزائدة CH 2 الكلورين 2، وإضافة الكلورين CH 2 2 الطازجة. تكرار هذه العملية على الأقل 3x أخرى للتأكد من أن تتم إزالة جميع البولي.
  6. بعد أن تم إزالة كافة البولي، إضافة الماء ملي-Q للأسلاك بعد إزالة الزائدة CH 2 الكلورين 2. تكرار الطرد المركزي على الأقل 3X مرة أخرى لتحل محل تماما عن الكلورين CH 2 2 عن طريق المياه ملي-Q.

المحورية تيو 2-حج أسلاك متناهية الصغر في تشكيل الأغشية AAO

4. AAO إعداد غشاء لقالب الكهربي

  1. اتخاذ غشاء AAO مع حجم المسام من 200 نانومتر، وسمك 60 ميكرون (
  2. تفل طبقة الذهب على مساعدات من الغشاء (الشكل 2B). في هذه الحالة تم استخدام الضغط ترسب 2 × 10 -2 م بار مع وصول الغاز كما الاخرق. استخدام معدل الترسيب البطيء لل~ 13 نانومتر / دقيقة. ملاحظة: سيتم استخدام هذه الطبقة الاتحاد الافريقي عن الاتصال الكهربائية خلال الكهربي.
  3. إرفاق الأغشية AAO إلى شريحة زجاجية الاتحاد الافريقي المغلفة في تكوين كما في الشكل 2H باستخدام شريط تفلون. ملاحظة: لضمان الكهربي انتقائية داخل المسام غشاء، يحتاج الغشاء AAO لضمها الى شريحة زجاجية صغيرة في تكوين مختلف من الأغشية PCTE، لأن الأغشية AAO هشة جدا للاتصال مع مقطع التمساح. عند استخدام شريحة زجاجية من 3.0 × 2.5 سم، واثنين من الأغشية يمكن استخدامها في وقت واحد.
  4. وضع قطعة صغيرة من الشريط النحاس من جانب الاتحاد الافريقي المغلفة من شريحة زجاجية لسهولة التعامل عند توصيل كهربائيدي.

5. الكهروكيميائية ترسب تيو 2-حج الأسلاك المتناهية الصغر

  1. إعداد هلام تيو 2
    1. تحضير محلول مائي يحتوي على 0.02 M TiOSO 4 (0.16 غرام لكل 50 مل)، 0.03 MH 2 O 2 (0.13 مل لكل 50 مل)، 0.05 M HNO 3 (0.15 مل لكل 50 مل)، و 0.25 M KNO 3 (1.26 ز لكل 50 مل).
    2. وضع غشاء استعداد جنبا إلى جنب مع عداد كهربائي حزب العمال وحج / أجكل (3 M بوكل) الإلكترود المرجعي في الحل كما هو والمعدة.
    3. تطبيق المحتملة من -1.0 V مقابل الإلكترود المرجعي حج / أجكل مقابل 3.5 ساعة (أرقام 2D و 2E). ملاحظة: على الرغم من كل البرامج potentiostat ستكون مختلفة، يجب أن يكون جميع برامج خطوط المدخلات مثل "مجموعة المحتملة" و "المدة"، حيث يمكن ملء هذه القيم. الرجاء الرجوع إلى دليل potentiostat وشملت البرامج لمزيد من التفاصيل.
    4. تأخذ الأقطاب من الحل وعدم شطفالغشاء بالماء ملي-Q، لأن جل تيو 2 لا يزال ذوبان في الماء. يمكن تشطف الأقطاب الأخرى بالماء ملي-Q.
  2. إعداد أسلاك المحورية تيو 2-حج
    1. حراريا يصلب الأغشية مع هلام تيو 2 في الفرن على 650 درجة مئوية لمدة 2 ساعة في الهواء.
    2. أعد الأغشية إلى الذهب المطلي الزجاج الشريحة.
    3. تحضير محلول مائي يحتوي على 0.20 M لوغانو 3 (1.70 غرام لكل 50 مل) و0.10 MH 3 BO 3 (0.31 غرام لكل 50 مل). ضبط الرقم الهيدروجيني إلى 1.5 باستخدام HNO 3.
    4. وضع غشاء استعداد جنبا إلى جنب مع عداد كهربائي حزب العمال وحج / أجكل (3 M بوكل) الإلكترود المرجعي في الحل كما هو والمعدة.
    5. تطبيق المحتملة لل+0.10 V مقابل الإلكترود المرجعي حج / أجكل ل1.5 دقيقة (2D و 2E أرقام). ملاحظة: على الرغم من كل البرامج potentiostat ستكون مختلفة، يجب أن يكون جميع برامج خطوط المدخلات مثل "مجموعة بوتيهntial "و" المدة "، حيث يمكن ملء هذه القيم. الرجاء الرجوع إلى دليل potentiostat وشملت البرامج لمزيد من التفاصيل.
    6. تأخذ الأقطاب من الحل وشطف لهم بالماء ملي-Q.
  3. إعداد النانوية حج تأسست في تيو 2 الأنابيب النانوية
    1. تسخين الأغشية مع هلام بين عشية وضحاها تيو 2 في 100 درجة مئوية.
    2. تحضير محلول مائي يحتوي على 0.20 M لوغانو 3 (1.70 غرام لكل 50 مل) و0.10 MH 3 BO 3 (0.31 غرام لكل 50 مل). ضبط الرقم الهيدروجيني إلى 1.5 باستخدام HNO 3.
    3. وضع غشاء استعداد جنبا إلى جنب مع عداد كهربائي حزب العمال وحج / أجكل (3 M بوكل) الإلكترود المرجعي في الحل كما هو والمعدة.
    4. تطبيق المحتملة لل+0.10 V مقابل الإلكترود المرجعي حج / أجكل ل1.5 دقيقة (2D و 2E أرقام). ملاحظة: على الرغم من كل البرامج potentiostat ستكون مختلفة، يجب أن يكون جميع برامج خطوط المدخلات مثل "تعيين المحتملة "و" المدة "، حيث يمكن ملء هذه القيم. الرجاء الرجوع إلى دليل potentiostat وشملت البرامج لمزيد من التفاصيل.
    5. تأخذ الأقطاب من الحل وشطف لهم بالماء ملي-Q.
  4. كرر هذا الإجراء للحصول على ما لا يقل عن 10 الأغشية مليئة أسلاك / للحصول على الأنابيب النانوية ما يكفي من المواد لإشارة كبيرة من أجهزة الاستشعار H 2.

6. استخراج الأنابيب النانومترية والأسلاك المتناهية الصغر

  1. قطع الغشاء الذي يحتوي على الأنابيب النانوية أو أسلاك من شريحة زجاجية.
  2. نقل هذا الجزء من الغشاء في أنبوب البولي بروبلين الطرد المركزي.
  3. إضافة ~ 2 مل من محلول مائي يحتوي على 1.0 M هيدروكسيد الصوديوم لإذابة غشاء AAO والإفراج عن الأنابيب النانوية أو أسلاك في الحل. بعد ~ 2 ساعة، والغشاء ينبغي حله تماما (أرقام 2F و 2G).
  4. الحل الطرد المركزي التي تم الحصول عليها في ~ 19،000 x ج لمدة 5 ميلن، وإزالة الحل المفرط هيدروكسيد الصوديوم، وإضافة الماء ملي-Q الطازجة. تكرار هذه العملية على الأقل 3x أخرى للتأكد من أن تتم إزالة جميع هيدروكسيد الصوديوم.
  5. بعد أن تم إزالة جميع هيدروكسيد الصوديوم، وتعليق مائي يمكن استخدامه لتشكيل H 2 التجارب.
  6. بدلا من ذلك، إضافة الكلورين CH 2 2 أو المذيبات المتطايرة أخرى إلى الأنابيب النانوية والأسلاك النانوية بعد إزالة المياه الزائدة عن التصور من الأنابيب النانومترية محضرة أو أسلاك مع SEM. تكرار الطرد المركزي لا يقل عن 3x أخرى لاستبدال كافة المياه تماما من المذيبات المتطايرة. إيداع قطرات صغيرة من محلول يحتوي على الأنابيب النانوية أو أسلاك على رقاقة سيليكون صغيرة.

H 2 التجارب تشكيل

7. إعداد الاستشعار الهيدروجين

  1. اتخاذ استشعار الهيدروجين استنادا PD-.
  2. وضع جهاز استشعار داخل المكونات NS الذي يناسب على رأس أنبوب الكوارتز.
  3. ربط جهاز استشعار لجسر ويتستون القياسية كما هو موضحفي الشكل 3.

8. بهوتوكاتاليتيك تشكيل الهيدروجين

  1. وضع أسلاك متناهية الصغر حل مائي في أنبوب الكوارتز 72 مل. إضافة المزيد من الماء حتى ما مجموعه 10 مل من الماء داخل أنبوب الكوارتز. ثم إضافة 40 مل الميثانول.
  2. بدء تسجيل إشارة من المشتريات على أساس H 2 استشعار قبل وضعه على الجزء العلوي من أنبوب الكوارتز ورصد التغير في الإشارة.
  3. بعد ~ 200 ثانية من إشارة مستقرة، وضعت أجهزة الاستشعار H 2 على الجزء العلوي من أنبوب الكوارتز في حين تحول في وقت واحد على مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية لبدء القياس الفعلي. ملاحظة: في هذه التجارب، تم وضع مصدر الأشعة فوق البنفسجية حوالي 10-15 سم بعيدا عن العينة.

Representative Results

خلال الكهربي، والحالية التي يتم قياسها بين أقطاب العمل ومكافحة يمكن تصور في منحنى و. منذ الحالية هناك علاقة مباشرة لكمية من المواد المودعة عن طريق قانون فاراداي، التيار الملحوظ هو مؤشر مهم لكيفية عائدات الترسيب. المنحنيات ونموذجية لترسب حج | ترد أكسيد الزنك وتيو 2-حج أسلاك في الشكل 4 الصور النمطية ووزارة شؤون المرأة من حج |. أسلاك أكسيد الزنك، تيو 2 الأنابيب النانوية، والمحورية تيو 2-حج أسلاك متناهية الصغر والأنابيب النانوية تيو 2 / حج يمكن أن يكون وجدت في الشكل 5 والشكل 6، على التوالي.

يمكن استخدام يسببها electrochemically طريقة سول جل للترسب هلام تيتانيا داخل القالب والكهربي متتابعة من حج يؤدي إلى هيكلين مختلفة تبعا لدرجة الحرارة المستخدمة لتجفيف هلام. تجفيف هلام بين عشية وضحاها في 100 درجة مئوية في نتائج كونديnsation من هلام، ومنعه لتنحل في الماء. لأنه لا شكل أنبوبي كثيفة شكلت حتى الآن في درجة الحرارة هذه، وتودع نوى حج داخل هلام تيتانيا. الصلب اللاحقة في 650 ° C النتائج في تشكيل النانوية حج إدخالها على أنابيب تيو 2 (الشكل 6C)، منذ انهيار هلام تيتانيا يسبب النانوية حج ليتم نقلها إلى مسام الجدران. في المقابل، ارتفاع في درجة الحرارة الصلب من هلام تيتانيا قبل حج الكهربي يؤدي إلى تشكيل الصلبة تيو 2 الأنابيب النانوية. في هذه الحالة، يمكن أن تودع أسلاك حج داخل هذه الأنابيب، مما يؤدي إلى تشكيل أسلاك تيو 2-حج مع بنية المحورية (الشكل 6B).

نشاط حج مجزأة | أسلاك أكسيد الزنك في تقسيم المياه بهوتوكاتاليتيك يمكن التحقيق باستخدام محلول الميثانول / الماء تحت إضاءة الأشعة فوق البنفسجية، حيث الأفعال الميثانول باعتبارها زبال حفرة. A المبسطة تقنيايتم الحصول جنيه طريقة للكشف عن الهيدروجين الغازي المتطورة من الحل عن طريق وضع H 2 استشعار مباشرة فوق الحل (الشكل 7). هذه التجربة فقط بالكشف عن كمية H 2 ليصل إلى أجهزة الاستشعار، وبالتالي فإن المبلغ الفعلي من H شكلت 2 قد يكون أعلى حيث أن بعض H 2 سيبقى حله في المرحلة الميثانول / الماء. يظهر إشارة كما الكشف عنها بواسطة جهاز استشعار في الشكل 8A. ويبين الشكل 8B نفس إشارة بعد التحول إلى الإطار الزمني لتشكيل الفعلية H 2. عندما تحولت مصدر ضوء الأشعة فوق البنفسجية على (ر = 17.5 دقيقة في الشكل 8A)، وقطرات في إشارة إلى حد كبير نظرا لحساسية ضوء استشعار. مباشرة بعد هذا الانخفاض في إشارة، ويبدأ رد الفعل وبالتالي تم تعريف هذه اللحظة كما ر = 0 دقيقة في الشكل 8B، وتم تعريف إشارة المقابلة ك 0 ف وخلال التعرض للأشعة فوق البنفسجية من أنبوب الاختبار، وكان أيضا واضحة على أن غاز صغيرة bubblوتم تشكيل وفاق. منذ الاستشعار المستخدمة هي حساسة قليلا عبر لالميثانول، أدرج أيضا قياس عينة مرجعية من دون أسلاك. خلال الإضاءة فوق البنفسجية، ويبين الشكل 8 أن إشارة من العينة مع أسلاك أعلى من إشارة من عينة مرجعية.

الزيادة في إمكانات هو مقياس نسبي لكمية H الغازية 2 التي تشكل وتطور من الحل. من أجل إعطاء تقدير كمي لمقدار H 2 تطورت، وتمت مقارنة استجابة المحتملة للاستشعار من التجارب بهوتوكاتاليتيك مع ردها في 4 مج٪ H 2 N 2 في تيار الغاز. من المقارنة، فإن التقديرات تشير إلى أن 17 دقيقة من إضاءة الأشعة فوق البنفسجية من حج | أسلاك أكسيد الزنك أدى إلى تشكيل ما يقرب من 0.2٪ H 2 المجلد في حجم الغاز فوق الحل. منذ ~ تم استخدام 0.1 غرام من أسلاك، وهذا يساوي معدل تطور H 2 من 6.92 × 10 -6 مول / ساعة · ز. كمرجع، وأجريت تجارب أيضا مع مرحلة واحدة من أكسيد الزنك أو حج أسلاك. لم هذه التجارب، لا يظهر هنا، لا تعطي أي مؤشر على H 2 تشكيل؛ لا من تشكيل فقاعة غاز ولا من إشارة الاستشعار.

الشكل 1
الشكل 1 المبدأ العامل مجزأة حج | أكسيد الزنك أسلاك متناهية الصغر في تقسيم المياه بهوتوكاتاليتيك: (أ) التمثيل التخطيطي، و (ب) مخطط الطاقة. عندما يتم امتصاص الأشعة فوق البنفسجية من قبل شريحة أكسيد الزنك، ويتكون زوج الإلكترون حفرة. تدفق الالكترونات كما شكلت لمرحلة حج حيث أن تستهلك في الحد من رد فعل الكهروكيميائية نصف. يبقى ثقب في الجزء أكسيد الزنك حيث يتم استهلاكها في نصف تفاعل الأكسدة.الحصول = "_blank"> اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.

الرقم 2
الشكل 2. تمثيل تخطيطي من الخطوات المتوالية التي تم اتخاذها لتخليق أسلاك متناهية الصغر.

الرقم 3
الرقم 3. دائرة التشغيل النموذجية من H 2 الاستشعار مع جسر ويتستون. في هذا المخطط، دبوس 1-4 الرجوع إلى الأسلاك من أجهزة الاستشعار (دبوس 1 أسود، 2 دبوس أزرق، دبوس 3 أبيض، دبوس 4 هو اللون البني )، R h غير المقاومة للسخان (150 ± 50 Ω)، R r هي المقاومة من المرجع (1،500 ± 500 Ω)، R و هي المقاومة من أجهزة الاستشعار (1 ، 000 ± 250 Ω). يتم توصيل جهاز استشعار لمصدر للطاقة 12 فولت بحيث 0،5-1،0 V يتم تطبيقها على سخان و 2.7 V يتم تطبيقها على جسر ويتستون. V خارج متصلة المتعدد / potentiostat. المقاومة بجانب دبوس 2 هو متغير، ويمكن تعديله من أجل الحصول على خط الأساس المناسب.

الرقم 4
الشكل 4 والمنحنيات النموذجية (أ) حج |. ترسب أكسيد الزنك أسلاك متناهية الصغر، و (ب) ترسب أسلاك متناهية الصغر تيو 2-حج تظهر إدراجات منحنى الموسع لترسب الجزء حج (أ) أو حج الأساسية (ب). انقر هنا لمشاهدة صورة أكبر.

ther.within صفحة = "دائما"> الرقم 5
. الرقم 5 المجهر الإلكتروني (SEM) صورة أكسيد الزنك مجزأة محوريا | أسلاك حج.

الرقم 6
الرقم 6. الصور ووزارة شؤون المرأة (أ) تيو 2 الأنابيب النانوية، (ب) المحورية تيو 2-حج أسلاك متناهية الصغر و (ج) الأنابيب النانوية تيو 2 / حج. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.

الرقم 7
الرقم 7. الإعداد النموذجي للكشفمن H 2 الغاز تطورت من أسلاك بهوتوكاتاليتيك. يتم وضع المشتريات على أساس H 2 استشعار في المكونات NS من كفيت الكوارتز، وتوصيلها الى مكبر للصوت (انظر الشكل 3). ويتم تشغيل مكبر للصوت من مصدر قوة 12 فولت وإشارة من أجهزة الاستشعار يتم قراءتها من قبل المتعدد (أو potentiostat) وصله بجهاز الكمبيوتر عن تمثيل رسومي للإشارة تم الحصول عليها. اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.

الرقم 8
الرقم 8 استجابة من H 2 استشعار الأشعة فوق البنفسجية من خلال حج |. أسلاك أكسيد الزنك في محلول الميثانول / الماء (خط أحمر) والتجربة المرجعية دون أسلاك (الخط الأزرق) (أ) إشارة مقاساالاستشعار؛ (ب) إشارة أثناء H 2 تشكيل، حيث تشير البيانات في ر = 17.5 دقيقة تم تعريف (أ) باعتباره بداية رد فعل في (ب). اضغط هنا لمشاهدة صورة أكبر.

الرقم 9
. الرقم 9 SEM صورة photocorroded حج | أكسيد الزنك أسلاك متناهية الصغر بعد 48 ساعة من الإضاءة فوق البنفسجية.

Discussion

مهم جدا في قالب الكهربي من أسلاك هو عزل الجانب الخلفي من القطب الذهب باءت بالفشل على الجزء العلوي من الغشاء. دون العزلة، فإن المواد إيداع تفضيلي على سطح الذهب في الجانب الخلفي من غشاء بدلا من داخل المسام. وذلك لأن انتشار الأيونات إلى القطب مسطحة أسرع بكثير من نشرها في مسام الغشاء. وثمة عيب آخر من ترسب على جانبي القطب الذهب هو أن منحنى والتي تم الحصول عليها لا يمكن أن تكون ذات صلة لكمية وطول أسلاك المودعة. في الشكل 4، ويمكن تحديد عدة مراحل لترسب الجزء حج (أ) أو حج الأساسية (ب). المرحلة الأولى من كل تجربة الكهربي هو اتهام من طبقة مزدوجة الكهربائية، والتي يترافق مع زيادة مفاجئة في التيار أن يقلل ببطء كما تصل طبقة مزدوجة الكهربائية توازنها. كما بو غشاء PCTEالدقة من WHATMAN لها شكل السيجار، فإن الزيادات الحالية في المرحلة الثانية كما المساحة السطحية للزيادات ترسب، مما يؤدي إلى ترسب المزيد من المواد في نفس الوقت، والعرض بشكل أسرع من المواد المتفاعلة منذ سطح أسلاك متناهية الصغر يحصل أقرب إلى مدخل المسام الغشاء. في المرحلة الثالثة، فإن التغير في مساحة السطح هو الحد الأدنى، مما يؤدي إلى منحدر أصغر زيادة منذ الحالية فقط تأثير أسرع العرض المتفاعلة مرئيا في هذه المرحلة.

يرجى ملاحظة أنه في حالة إيداع أسلاك مجزأة تحتوي على كل من المعدن وشريحة أكسيد، ينبغي تحديد ترتيب الكهربي داخل المسام عن طريق اتخاذ ذوبان المراحل المودعة في حل بعضها البعض صراحة في الاعتبار. في هذه الحالة، أودع الجزء حج قبل شريحة أكسيد الزنك أكسيد الزنك كما أن تذوب في الحمضية حل لوغانو 3. في حالة تشكيل أسلاك متناهية الصغر مجزأة تحتوي على المعادن النبيلة وأقل نينبغي أن تؤخذ واحدة oble، مثل حزب العمال وني، فإن رد الفعل استبدال كلفاني ني من قبل حزب العمال بعين الاعتبار. هذا التفاعل استبدال كلفاني يمكن قمعها باستخدام overpotential أكبر كما تمت مناقشته في نشرة السابقة 54.

وعادة ما يستند اختيار لاستخدام إما PCTE أو الأغشية AAO لأسلاك متناهية الصغر أو التوليف أنابيب بشأن ما إذا كان أو لم يكن هو المطلوب خطوة الصلب الحرارية للمواد الاختيار. دون الحاجة إلى خطوة الصلب، والأغشية PCTE هي أسهل في التعامل معها وأغشية جيدة نسبيا ويمكن الحصول على تجاريا. لدرجة حرارة عالية الصلب، مطلوب استخدام الأغشية AAO. هذه الأغشية ليست مرنة مثل أغشية البولي وهشة جدا. بعض الأغشية AAO التجارية المتاحة، ولكن نوعية الأغشية AAO محلية الصنع باستخدام 2 خطوة طلى بأكسيد الألومنيوم هو أفضل بكثير. لهذا، تتوفر عدة وصفات 55،56.

واستنادا PD-H 2 2 قد شكلت أم لا. للأسف، قد لا تكون مناسبة لقياس الكمي، نظرا لحساسية عبر لالمذيبات المتطايرة مثل الميثانول، وعدم القدرة الذاتية للكشف عن H 2 حله في حل الميثانول / الماء، وردها غير الخطية كما رأينا في شكل منحنيات في الشكل 8. يمكن إجراء قياسات الكمية في الإعداد مع مدخل GC متصلا مساحة الرأس فوق خليط الميثانول / الماء، والتي هي المعدات المتخصصة التي ليست متاحة في كل مختبر.

H 2 تشكيل باستخدام حج | أسلاك أكسيد الزنك عادة بعد توقف ~ 48 ساعة من الإضاءة فوق البنفسجية كما يتضح من إنهاء تشكيل فقاعة غاز. السبب في ذلك هو فقدان النشاط photocorrosion من أكسيد الزنك وفقا لردود الفعل التالية 57-60:

أكسيد الزنك + 2H + → + + الزنك 21/2 O 2 (8)

صورة SEM من photocorroded حج |. يظهر أسلاك أكسيد الزنك في الشكل 9 وكما يتبين من هذا الرقم، أصبح سطح الجزء أكسيد الزنك عورة من ذلك بكثير عند إضاءة الأشعة فوق البنفسجية، مقارنة مع الأسلاك كما توليفها من الشكل 5 عندما تعليق آخر. دفعة من حج | أسلاك أكسيد الزنك في نفس الحل في الظلام لمدة 48 ساعة، ولم يعثر على أي علامة من التآكل. وأكد أن هذا التآكل لوحظ بالفعل نتجت عن photocorrosion وليس من التآكل كهربائيا. في الأدب، وقد تم الإبلاغ عن عدة طرق لتثبيط أكسيد الزنك photocorrosion، بما في ذلك التهجين النانوية أكسيد الزنك مع أحادي الطبقة من آنلين أو C 60 وتطعيم نانواعواد أكسيد الزنك على تيو 2 الأنابيب النانوية 59،61،62.

الكهربي قالب من أسلاك مجزأة محوريا أو شعاعيا هو منصة مثالية لترسب ن multisegmentedanowires التي هي قادرة على تنفيذ أكثر من وظيفة واحدة في وقت واحد، والذي حج | شرائح أكسيد الزنك يمكن تطبيقها باعتبارها عناصر بهوتوكاتاليتيك. في منشور السابقة، وقدم صورة SEM لأسلاك متناهية الصغر واحدة تحتوي على ستة قطاعات: حزب العمال | الاتحاد الافريقي | حزب العمال | ني | حج | أكسيد الزنك. ويمكن استخدام مثل هذه أسلاك متناهية الصغر للحركة المستقلة (حزب العمال | الاتحاد الافريقي | حزب العمال)، نظام التوجيه المعزز المغناطيسي (ني) وبهوتوكاتاليتيك H 2 تشكيل (حج | أكسيد الزنك) 53.

باختصار، بروتوكول بسيط لتركيب مجزأة حج | أسلاك أكسيد الزنك يتم توفير وأسلاك المحورية تيو 2-AG بنسبة الكهربي قالب. وقد تجلى طريقة شبه كمي لتحديد النشاط بهوتوكاتاليتيك هذه أسلاك باستخدام التحويل بهوتوكاتاليتيك من الميثانول والماء إلى H 2 CO 2 وتحت إضاءة فوق البنفسجية. ومن المتوقع أن هذه أسلاك معدنية أكسيد معدن يمكن أن تستخدم في أسلاك متعددة الوظائف وأجهزة أسلاك متناهية الصغر أخرى.

Acknowledgments

ومن المسلم به الدعم المالي من تقسيم العلوم الكيميائية من المنظمة الهولندية للبحوث العلمية (NWO-CW) في إطار برنامج TOP.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Silver nitrate (AgNO3) Acros Organics 419351000 99+%
Boric acid (H3BO3) Sigma-Aldrich 202878-500G 99.99%
Nitric acid (HNO3) Acros Organics 124660010 65%
Zinc nitrate hexahydrate (Zn(NO3)2·6H2O) Sigma-Aldrich 228737-500G 98%
Dichloromethane (CH2Cl2) Merck (Boom) 51006050100 99%
Titanium oxysulfate (TiOSO4) Sigma-Aldrich 333980-500G Synthesis grade
Hydrogen peroxide (H2O2) Sigma-Aldrich 349887-500ML 35%
Nitric acid (HNO3) Acros Organics 124660010 65%
Potassium nitrate (KNO3) Acros Organics P/6040/60 >99%
Sodium hydroxide (NaOH) Sigma-Aldrich 20606-0025 >98%
Methanol (CH3OH) Merck 1060121000 Dried ≥99.9%
Polycarbonate membranes, 200 nm Fisher Scientific 09-300-61
Anopore AAO membranes, 200 nm VWR 514-0523
Sputtering system Perkin-Elmer Model 2400
Microscope glass slides (Menzel) VWR 631-0704
Autolab potentiostat with: Metrohm-Autolab PGSTAT 128N
- Pt sheet counter electrode PT.SHEET
- Ag/AgCl in 3 M KCl reference electrode 60,733,100
Polypropylene Nunc centrifuge tubes Fisher Scientific 12-565-286C
Centrifuge Hermle Z36HK
Pd-based hydrogen sensor Kebaili KHS-100
4x 15 W Hg lamp UV source Philips Philips original home solaria

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kuppler, R. J., et al. Potential applications of metal-organic frameworks. Coordination Chemistry Reviews. 253, 3042-3066 (2009).
  2. Hsu, C. L., et al. vertically Al-doped ZnO nanowires synthesized on ZnO:Ga/glass templates. Journal of The Electrochemical Society. 152, (2005).
  3. Maas, M. G., Rodijk, E. J. B., Maijenburg, W., ten Elshof, J. E., Blank, D. H. A. Photocatalytic segmented nanowires and single-step iron oxide nanotube synthesis: Templated electrodeposition as all-round tool. MRS Proceedings. , Boston, MA. 1-6 (2010).
  4. Mallouk, T. E., Sen, A. Powering nanorobots: Catalytic engines enable tiny swimmers to harness fuel from their environment and overcome the weird physics of the microscopic world. Scientific American. 300, 72-77 (2009).
  5. Matei, E., Ion, L., Antohe, S., Neumann, R., Enculescu, I. Multisegment CdTe nanowire homojunction photodiode. Nanotechnology. 21, (2010).
  6. Matei, E., et al. Sequential Deposition Of Multisegment Nanowires. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures. 5, 1067-1076 (2010).
  7. Maas, M. G., Rodijk, E. J. B., Maijenburg, A. W., Blank, D. H. A., ten Elshof, J. E. Microstructure development in zinc oxide nanowires and iron oxohydroxide nanotubes by cathodic electrodeposition in nanopores. Journal of Materials Research. 26, 2261-2267 (2011).
  8. Jiang, H. L., Singh, S. K., Yan, J. M., Zhang, X. B., Xu, Q. Liquid-Phase chemical hydrogen storage: Catalytic hydrogen generation under ambient conditions. ChemSusChem. 3, 541-549 (2010).
  9. Kubas, G. J. Hydrogen activation on organometallic complexes and H2 production, utilization, and storage for future energy. Journal of Organometallic Chemistry. 694, 2648-2653 (2009).
  10. Penner, R. M., Martin, C. R. Preparation and electrochemical characterization of ultramicroelectrode ensembles. Analytical. 59, 2625-2630 (1987).
  11. Hurst, S. J., Payne, E. K., Qin, L., Mirkin, C. A. Multisegmented one-dimensional nanorods prepared by hard-template synthetic methods. Angewandte Chemie - International Edition. 45, 2672-2692 (2006).
  12. Cui, J. B., Gibson, U. J. Electrodeposition and room temperature ferromagnetic anisotropy of Co and Ni-doped ZnO nanowire arrays. Applied Physics Letters. 87, 1-3 (2005).
  13. Lai, M., Riley, D. J. Templated electrosynthesis of zinc oxide nanorods. Chemistry of Materials. 18, 2233-2237 (2006).
  14. Zheng, M. J., Zhang, L. D., Li, G. H., Shen, W. Z. Fabrication and optical properties of large-scale uniform zinc oxide nanowire arrays by one-step electrochemical deposition technique. Chemical Physics Letters. 363, 123-128 (2002).
  15. Sima, M., Enculescu, L., Enache, M., Vasile, E., Ansermet, J. P. ZnO:Mn:Cu nanowires prepared by template method. Physica Status Solidi (B) Basic Research. 244, 1522-1527 (2007).
  16. Leprince-Wang, Y., Wang, G. Y., Zhang, X. Z., Yu, D. P. Study on the microstructure and growth mechanism of electrochemical deposited ZnO nanowires. Journal of Crystal Growth. 287, 89-93 (2006).
  17. Leprince-Wang, Y., Yacoubi-Ouslim, A., Wang, G. Y. Structure study of electrodeposited ZnO nanowires. Microelectronics Journal. 36, 625-628 (2005).
  18. Ramirez, D., Pauporte, T., Gomez, H., Lincot, D. Electrochemical growth of ZnO nanowires inside nanoporous alumina templates. A comparison with metallic Zn nanowires growth. Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science. 205, 2371-2375 (2008).
  19. Karuppuchamy, S., Nonomura, K., Yoshida, T., Sugiura, T., Minoura, H. Cathodic electrodeposition of oxide semiconductor thin films and their application to dye-sensitized solar cells. Solid State Ionics. 151, 19-27 (2002).
  20. Miao, Z., et al. Electrochemically Induced Sol-Gel Preparation of Single-Crystalline TiO2 Nanowires. Nano Letters. 2, 717-720 (2002).
  21. Otani, S., Katayama, J., Umemoto, H., Matsuoka, M. Effect of bath temperature on the electrodeposition mechanism of zinc oxide film from zinc nitrate solution. Journal of the Electrochemical Society. 153, (2006).
  22. Yoshida, T., Komatsu, D., Shimokawa, N., Minoura, H. Mechanism of cathodic electrodeposition of zinc oxide thin films from aqueous zinc nitrate baths. Thin Solid Films. , (2004).
  23. Natarajan, C., Nogami, G. Cathodic electrodeposition of nanocrystalline titanium dioxide thin films. Journal of the Electrochemical Society. 143, 1547-1550 (1996).
  24. Karuppuchamy, S., et al. Cathodic electrodeposition of TiO2 thin films for dye-sensitized photoelectrochemical applications. Chemistry Letters. , 78-79 (2001).
  25. Maijenburg, A. W., et al. Electrochemical synthesis of coaxial TiO2-Ag nanowires and their application for photocatalytic water splitting. Journal of Materials Chemistry A. 2, 2648-2656 (2014).
  26. Wu, X. J., et al. Electrochemical synthesis and applications of oriented and hierarchically quasi-1D semiconducting nanostructures. Coordination Chemistry Reviews. 254, 1135-1150 (2010).
  27. Fujishima, A., Honda, K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature. 238, 37-38 (1972).
  28. Fujishima, A., Kohayakawa, K., Honda, K. Hydrogen Production under Sunlight with an Electrochemical Photocell. Journal of The Electrochemical Society. 122, 1487-1489 (1975).
  29. Kudo, A., Miseki, Y. Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting. Chemical Society Reviews. 38, 253-278 (2009).
  30. Navarro Yerga, R. M., Consuelo Álvarez Galván, M., del Valle, F., Villoria de la Mano, J. A., Fierro, J. L. Water splitting on semiconductor catalysts under visiblelight irradiation. ChemSusChem. 2, 471-485 (2009).
  31. Osterloh, F. E. Inorganic materials as catalysts for photochemical splitting of water. Chemistry of Materials. 20, 35-54 (2008).
  32. Khan, S. U. M., Al-Shahry, M., Ingler Jr, W. B. Efficient photochemical water splitting by a chemically modified n-TiO2. Science. 297, 2243-2245 (2002).
  33. Lin, W. C., Yang, W. D., Huang, I. L., Wu, T. S., Chung, Z. J. Hydrogen production from methanol/water photocatalytic decomposition using Pt/TiO2-xnx catalyst. Energy and Fuels. 23, 2192-2196 (2009).
  34. Ni, M., Leung, M. K. H., Leung, D. Y. C., Sumathy, K. A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using TiO2 for hydrogen production. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 11, 401-425 (2007).
  35. Rajeshwar, K. Hydrogen generation at irradiated oxide semiconductor-solution interfaces. Journal of Applied Electrochemistry. 37, 765-787 (2007).
  36. Service, R. F. Chemistry: Catalyst boosts hopes for hydrogen bonanza. Science. 297, 2189-2190 (2002).
  37. Gupta, M., et al. Preparation and characterization of nanostructured ZnO thin films for photoelectrochemical splitting of water. Bulletin of Materials Science. 32, 23-30 (2009).
  38. He, J. H., et al. Electrical and photoelectrical performances of nano-photodiode based on ZnO nanowires. Chemical Physics Letters. 435, 119-122 (2007).
  39. Maeda, K., Domen, K. Solid solution of GaN and ZnO as a stable photocatalyst for overall water splitting under visible light. Chemistry of Materials. 22, 612-623 (2010).
  40. Yang, X., et al. Nitrogen-doped ZnO nanowire arrays for photoelectrochemical water splitting. Nano Letters. 9, 2331-2336 (2009).
  41. Ekambaram, S. Photoproduction of clean H2 or O2 from water using oxide semiconductors in presence of sacrificial reagent. Journal of Alloys and Compounds. 448, 238-245 (2008).
  42. Mohapatra, S. K., John, S. E., Banerjee, S., Misra, M. Water photooxidation by smooth and ultrathin R-Fe2O3 nanotube arrays. Chemistry of Materials. 21, 3048-3055 (2009).
  43. Best, J. P., Dunstan, D. E. Nanotechnology for photolytic hydrogen production: Colloidal anodic oxidation. International Journal of Hydrogen Energy. 34, 7562-7578 (2009).
  44. Hochbaum, A. I., Yang, P. Semiconductor nanowires for energy conversion. Chemical Reviews. 110, 527-546 (2010).
  45. Kudo, A. Recent progress in the development of visible light-driven powdered photocatalysts for water splitting. International Journal of Hydrogen Energy. 32, 2673-2678 (2007).
  46. Li, J., Zhang, J. Z. Optical properties and applications of hybrid semiconductor nanomaterials. Coordination Chemistry Reviews. 253, 3015-3041 (2009).
  47. Yi, H., Peng, T., Ke, D., Zan, L., Yan, C. Photocatalytic H2 production from methanol aqueous solution over titania nanoparticles with mesostructures. International Journal of Hydrogen Energy. 33, 672-678 (2008).
  48. Zäch, M., Hägglund, C., Chakarov, D., Kasemo, B. Nanoscience and nanotechnology for advanced energy systems. Current Opinion in Solid State and Materials Science. 10, 132-143 (2006).
  49. Zhu, J., Zäch, M. Nanostructured materials for photocatalytic hydrogen production. Current Opinion in Colloid and Interface Science. 14, 260-269 (2009).
  50. Martin, C. R. Nanomaterials: A membrane-based synthetic approach. Science. 266, 1961-1966 (1994).
  51. Nozik, A. J. Photochemical diodes. Applied Physics Letters. 30, 567-569 (1977).
  52. Bahnemann, D. W., Kormann, C., Hoffmann, M. R. Preparation and characterization of quantum size zinc oxide: A detailed spectroscopic study. Journal of Physical Chemistry. 91, 3789-3798 (1987).
  53. Maijenburg, A. W., et al. Hydrogen generation from photocatalytic silver|zinc oxide nanowires: Towards multifunctional multisegmented nanowire devices. Small. 7, 2709-2713 (2011).
  54. Maijenburg, A. W., et al. Electrodeposition of micropatterned NiPt multilayers and segmented NiPtNi nanowires. Electrochimica Acta. 81, 123-128 (2012).
  55. Masuda, H., Yada, K., Osaka, A. Self-ordering of cell configuration of anodic porous alumina with large-size pores in phosphoric acid solution. Japanese Journal of Applied Physics, Part 2: Letters. , (1998).
  56. Nielsch, K., Müller, F., Li, A. P., Gösele, U. Uniform nickel deposition into ordered alumina pores by pulsed electrodeposition. Advanced Materials. 12, 582-586 (2000).
  57. Chen, X., et al. Fabrication of sandwich-structured ZnO/reduced graphite oxide composite and its photocatalytic properties. Journal of Materials Science. 45, 953-960 (2010).
  58. Doménech, J., Prieto, A. Stability of ZnO particles in aqueous suspensions under UV illumination. Journal of Physical Chemistry. 90, 1123-1126 (1986).
  59. Fu, H., Xu, T., Zhu, S., Zhu, Y. Photocorrosion inhibition and enhancement of photocatalytic activity for ZnO via hybridization with C60. Environmental Science and Technology. 42, 8064-8069 (2008).
  60. Kislov, N., et al. Photocatalytic degradation of methyl orange over single crystalline ZnO: Orientation dependence of photoactivity and photostability of ZnO. Langmuir. 25, 3310-3315 (2009).
  61. Lei, Y., et al. Fabrication, characterization, and photoelectrocatalytic application of ZnO nanorods grafted on vertically aligned TiO2 nanotubes. Journal of Physical Chemistry C. 113, 19067-19076 (2009).
  62. Zhang, H., Zong, R., Zhu, Y. Photocorrosion inhibition and photoactivity enhancement for zinc oxide via hybridization with monolayer polyaniline. Journal of Physical Chemistry C. 113, 4605-4611 (2009).

Tags

الفيزياء، العدد 87، أسلاك متعددة المكونات، الكيمياء الكهربائية، وعمليات سول هلام، تحفيز ضوئي، والكيمياء الضوئية، H
إعداد واستخدام Photocatalytically بالموقع مقسمة حج | أكسيد الزنك ومحوري تيو<sub&gt; 2</sub&gt;-حج الأسلاك المتناهية الصغر التي أدلى بها قالب الكهربي
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Maijenburg, A. W., Rodijk, E. J. B., … More

Maijenburg, A. W., Rodijk, E. J. B., Maas, M. G., ten Elshof, J. E. Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition. J. Vis. Exp. (87), e51547, doi:10.3791/51547 (2014).

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