以增强电子导电性能的合成与表征Fe掺杂碳纳米管硅铝的

Summary

在这里，我们提出了一个协议，以合成和表征Fe掺杂碳纳米管铝。该材料是由任一溶胶-凝胶合成在加入的FeCl _{3•6H 2} O为向含有Si和Al前驱物的混合物或通过预先形成的硅铝酸盐碳纳米管的合成后的离子交换获得。

Abstract

该协议的目的是合成的伊毛缟石型与式_{（OH）3 的} Al _2-X的_Fe×○3 SiOH基的Fe掺杂硅铝酸盐碳纳米管。掺Fe的目的在于降低伊毛缟石的带隙，与化学式_{（OH）3 的} Al ₂ O ₃ SiOH基绝缘体，并且在朝向偶氮染料，一类重要的两个废水和地下水的有机污染物的修改其吸附性能。

Fe掺杂碳纳米管以两种方式获得：通过直接合成，其中的FeCl ₃加入到Si和Al前驱物的含水混合物，并通过合成后装载，其中预形成的纳米管被置于接触带的FeCl _{3•6H 2} O水溶液。在这两种合成方法，铝的同构替代³⁺铁³⁺时，保留了纳米管结构。同构取代确实限制为质量分数的〜1.0％的Fe，因为在较高的Fe含量（ 即，1.4％的Fe质量分数） _的 Fe ₂ O ₃的簇形成，特别是当装载过程被采用。材料的物理化学性质是由X射线粉末衍射（XRD），在-196℃，高分辨透射电子显微镜（HRTEM），漫反射率（DR）的UV-Vis光谱，N ₂吸附等温线和等方法研究ζ电位测量。最相关的结果是在预先形成的伊毛缟石替换的Al ³⁺离子（位于纳米管的外表面上）以合成后负荷而不会扰动期间碳纳米管形成发生微妙水解平衡的可能性。在装载过程中，阴离子交换发生，其中所述纳米管的外表面上的Al ³⁺离子的Fe ³⁺离子代替。在Fe掺杂碳纳米管铝，铝的同构替代³⁺铁³⁺我作者发现影响掺杂伊毛缟石的带隙。然而，铁³⁺纳米管的外表面上的网站都能够协调有机部分，如偶氮染料酸性橙7，通过在水溶液中存在的配体-位移机构。

Introduction

术语纳米管（NT）普遍使用的碳纳米管^1，目前最深入研究的化学物之一相关联。少的已知的是，硅铝酸盐营养素也可合成^2,3中，除了存在于自然界（主要在火山土）的事实。伊毛缟石（IMO）是水合硅铝酸盐与式_{（OH）3 的} Al ₂ O ₃的SiOH ^4,5，外表面和非上发生的单壁NT与Al（OH）的Al和Al-O-Al系基在内层⁶相互作用的硅醇基（SiOH基）。关于几何形状，长度从几纳米变化到数百nm ^3,5,7。内径为1.0纳米⁵恒定，而外径是〜天然国际海事组织2.0纳米，在100℃原料合成的样品增加至2.5-2.7纳米。在25℃下合成产生具有接近于天然国际海事组织代替⁸外径营养素。最近，已经显示，与二营养素fferent外部直径也可通过改变合成⁹中使用的酸制得。在干粉，IMO营养素聚集在近六边形包装（ 图1）包。营养素的这种阵列产生至三种孔^10,11和相关的表面^12。除了适当的内部管的孔（直径1.0纳米），小乙毛孔（0.3-0.4纳米宽）安装包中的三个对齐营养素之间发生，最后，更大的C语言的毛孔发生的束之间缝孔（ 图1 ）。两者的化学组成，孔隙尺寸影响的材料的吸附性能。一孔的表面是非常亲水性的，因为它们是与SiOH基衬，并且能够与蒸汽和气体像H ₂ O，NH ₃和CO ¹²相互作用。由于它们体积小，B毛孔都难以进入，甚至像水^10,11小分子，但在C ++毛孔可以像酚较大的分子相互作用12。阿马拉等人最近表明在密密麻麻束组织营养素的那hexagonalization与（伊毛缟石类似物）aluminogermate营养素¹³发生。这种现象，虽然至今没有与铝NT的观察，可能会影响到乙毛孔的可访问性为好。

国际海事组织相关化学兴趣最近增加，部分原因是由于改变两者的内和营养素的外表面的所述组合物的可能性。羟基的过多的存在使得国际海事组织热降解非常敏感，因为脱羟基300℃以上^6,14-16发生与随之而来的NT的崩溃。

的内表面可以通过几种方法，其中包括的Si原子的取代与Ge原子^17，这会导致单链或双壁¹⁸营养素与式_（OH）3的Al ₂的形成可以修改3的Si _1-X个_X OH ^19。的有机官能后合成接枝导致形成营养素的与式_{（OH）3 的} Al ₂ O ₃的SiO-R，其中R是有机基团^20。通过一锅合成中含有一个有机基团直接连接到硅原子，形成混合营养素形式的Si的前体，与式_{（OH）3 的} Al ₂ O ₃的Si-R（R = -CH _3，的存在下- （CH _2）3 -NH _{^2）21,22。}

外表面的修饰是对伊毛缟石/聚合物复合材料²³的制造极为兴趣并涉及任一静电相互作用或共价键合。前一种方法是基于营养素的外表面和适当抗衡离子（ 例如，十八烷基^）24,25之间的电荷匹配;后一方法意味着预形成的反应IMO营养素和有机硅烷（例如 3氨基丙基硅烷^）26。

在水，国际海事组织和离子之间的静电相互作用由于以下平衡²⁷是可能

的Al（OH）的Al + H ⁺ =的Al（OH _^2）+人，（1）

的SiOH =氧化硅^- + H ^+（2）

导致已在阴离子/阳离子保留从污染水^28-32测试电荷的表面。

本工作的担忧尚未的外表面的另一变形（ 即，的（八面体的同构取代）的Al ³⁺为Fe ^3+，以下简称为铝³⁺ / Fe的³⁺ IS）。这种现象在矿产的确常见，而很少有人知道关于Al ³⁺ / Fe的³⁺国际海事组织营养素。

关于兴奋剂，第一个问题是铁t时总量帽子可以用营养素不会造成严重的结构性株主办。对Fe掺杂海事组织开创性实验工作表明，营养素不以铁的质量分数高于^1.4％，33形成。连续的理论计算表明，铁既可以同构代替铝或创建“有缺陷的部位^”34。这样的缺陷 （ 即，铁氧-氢氧化物簇）理应从4.7电子伏特降低IMO的带隙（电绝缘体^）34,35至2.0-1.4电子伏特^34。因此，我们最近发现的Fe ³⁺的存在赋予固体与新的化学和固态性能，降低IMO的带隙（E _G = 4.9电子伏特）至2.4-2.8伏特^36。

对Fe-铝掺杂锗营养素，同构符合IMO最近的一份报告，表明实际的Al ³⁺ / Fe的³⁺ IS被限定为1.0％的Fe的质量分数，由于铁氧-氢氧化物的形成由于铁的自然趋势颗粒不可避免地出现在较高的Fe含量形成聚集体^37。类似的结果用Fe掺杂国际海事组织营养素^33,36,38-40获得。

从科学的角度，铁和以Fe掺杂的国际海事组织其可能反应性和吸附性能的状态的判定是需要几个表征技术的一个重要问题。

在这项工作中，我们报道Fe掺杂IMO的合成与表征。两个样品与通过直接合成（铁的x IMO）或合成后加载（铁基-L- IMO）1.4％的Fe的质量分数合成;通过直接合成，以避免簇的形成，并且获得在其中发生大部分的Al ³⁺ / Fe的³⁺的材料，得到具有较低的铁含量（对应于0.70％的质量分数）的第三样品。在这种情况下，营养素的形成与化学式_（OH）3 1.975 _0.025的Fe O ₃的SiOH的预期。三Fe掺杂的形态和结构特性IMO是IMO相比，那些适当的。此外，有关的Fe（OH）的Al基团通过测量ζ电位和对偶氮染料的（膨松）阴离子酸性橙7（NaAO7），偶氮染料的模型分子的相互作用的研究中水的表面特性，这两者都是废水和地下水⁴¹的污染物一类重要的AO7 _^-结构和分子尺寸示于图2a中 ，用UV-Vis光谱沿（ 图2b）一个0.67毫米水溶液（天然pH值= 6.8） 。由于其分子尺寸^42， AO7 ^-物种应主要与营养素的外表面相互作用，从而限制寄生相互作用可能从扩散导出国际海事组织内孔之内，所以它可以被用来作为外表面的探针分子。

Protocol

1. 3克IMO营养素的合成

1. 在干燥的房间，并在室温下（RT）缓慢加入1.3毫升高氯酸的具有70％的质量分数187.7毫升的双蒸水制备80mM的_高氯酸溶液。使用一个2000毫升烧杯中，就可以对连续的稀释液（步骤1.6）是有用的。
2. 在干燥室较小的烧杯中，混合8毫升铝-三- 仲丁醇（97％）的（ATSB;铝源^）43,44和3.8毫升原硅酸四乙酯（98％）（TEOS的;源硅）中的Al摩尔比为：Si为2：1.1。使用刻度吸管测量试剂的体积。
3. 离开温和搅拌下的混合物1分钟，直到获得清晰的和均匀的混合物（没有任何悬浮固体颗粒）。
4. 后，立即用巴斯德移液管，滴将整个混合物加至的HClO ₄的水溶液在搅拌下（最终摩尔比是硅：铝：的HClO ₄ = 1.1：2：1）。通过将混合物加入到_高氯酸水溶液，白色集群形成和pH升高到5。
5. 搅拌在室温下的最终混合物约18小时，直到获得透明溶液。
6. 在搅拌下，加入1.3升的双蒸水（用量筒测量）以稀释溶液至20mM相对于铝。搅拌约20分钟，所获得的20毫米的Al溶液。
7. 将混合物倒入一个聚四氟乙烯的高压釜（带厚壁），并在100℃的炉子内搁置4天不加搅拌。
8. 4 d后，过滤清澈透明溶液（使用0.02微米的过滤器）收集的营养素，并用双蒸水冲洗，获得致密，透明的混合物。
9. 干在50-60℃下1天在火炉混合物。最终国际海事组织粉末具有白色。

2.将3克的Fe-X-国际海事组织营养素的合成（具有或者0.70％或1.4％的Fe质量分数）

1. 在一个干燥室，通过缓慢加入1.3毫升高氯酸的具有70％的质量分数到187.7的双蒸水（pH = 1.0）毫升制备的HClO ₄的80mM的溶液。使用一个2000毫升烧杯中，就可以对连续的稀释液（步骤2.6）是有用的。
2. 将0.1g _氯化铁•6H ₂ O在_高氯酸酸溶液获得的Fe-0.70-IMO营养素。
3. 滴加入8毫升ATSB的和3.8的TEOS毫升到含铁溶液。使用刻度吸管测量试剂卷。检查pH值等于4留在室温下搅拌18小时下的混合物。
4. 18小时后，通过加入1.3升的双蒸水（用量筒测量）稀释所得的溶液至20mM在Al和搅拌1小时下进行维护。然后，倒密封的聚四氟乙烯反应釜（厚壁）内，在100℃的炉子内离开这4天。
5. 过滤溶液，洗净所得reddis H-棕色用双蒸水粉末，并在50℃的烘箱中过夜干燥。
6. 为了制备铁- 1.4国际海事组织营养素，重复全部步骤以0.2克的FeCl _{3•6H 2} O的

3.铁基-L-国际海事组织营养素的合成

1. 在15ml的双蒸水国际海事组织分散0.25克
2. 添加0.025克的FeCl _{3•6H 2} O的混合物（重量计算考虑稍微过量铁（III），氯化六水合物）。搅拌18小时下离开;后搅拌18小时，该混合物的颜色由黄色至红褐色变为指示铁氧代/氢氧化物物种的初步形成。
3. 加3.0毫升水和1.5毫升_的 NH ₄ OH溶液（33％的质量分数）中以沉淀全部的Fe ³⁺物种如氧代/氢氧化物。
4. 过滤混合物，用双蒸水洗涤得到的粉末，并在120℃下干燥它在炉子48小时。

TLE“> 4。样品特性

1. 测定低角度的X射线衍射（XRD）的样品的图案，铣刀100毫克粉末在玛瑙研钵之前，将其存入上的样品架，并小心按下，以获得一个均匀的和光滑的表面。此处所报告的XRD图谱仪器参数在参考文献中详细介绍。 36。
2. 为了获得高分辨率的透射电子显微镜（HRTEM）显微照片，钢厂在玛瑙研钵10毫克的粉末。为了获得高分辨检查良好分散的样品，将研磨的粉末与覆盖有雷斯碳膜的Cu网格接触。
   1. 在为了只留下几粒与样品架静电相互作用轻轻晃动格栅去除多余的。避免在溶剂中的粉末，其可以修改NT安排分散。此报告高分辨透射电子显微镜测量的仪器参数，在文献中详细介绍。 36和39。
3. 要确定的BET SSA（BrunauER-埃米特-特勒比表面积）和在表1中报告的孔体积值，测量在-196℃下_的 N ₂吸附/解吸等温线。测量前，脱气在250℃下将样品以除去水和其它大气污染物^10，同时仍保留营养素^6,14-16。器乐细节列于参考文献。 39。
4. 除气的粉末在连接到一个标准的真空帧（低于10 ^-3毫巴的残余压）的紫外-可见石英池中，并采取其漫反射率（DR）的UV-Vis光谱。的DR-UV-Vis光谱的仪器参数报道这里有文献详细介绍。 36。
   注：有关电泳迁移率测量的实验和仪器详细报道见参考文献。 39。
5. NaAO7吸附实验
   1. 通过在容量瓶中加入双蒸水至0.047克NaAO7制得200毫升0.67毫NaAO7溶液。溶液的pH值应为6.80。 倒入50毫升溶液的暗瓶内，并添加50毫克国际海事组织（粉末浓度为1g / L）的。保持在实验过程中在搅拌下该溶液中。重复此步骤与其它粉末（粉末浓度为1g / L）。
   2. 在规定的时间间隔（T：0秒，5分钟，10分钟，45分钟，2小时，5小时，24小时和72小时），在835 xg离心回收将5ml上清液离心3分钟。
   3. 分析由传输UV-Vis光谱上清液在1毫米路径杯中。在水，AO7 ^-经历偶氮-腙互变异构，而腙形式是在固相稳定，如由图2b的UV-Vis光谱。确定AO7的量^-通过测量腙形式的484纳米带强度的降低从溶液中取出，根据该文献^38,39,41。

Representative Results

关于国际海事组织和合成Fe掺杂国际海事组织营养素，最相关的问题是：i）营养素的形成，特别是在通过直接合成的Fe掺杂; ⅱ）在最终材料的Fe物种的实际环境;和iii）铁的材料的物理化学性质，特别是其带隙和其吸附性能的影响。铁在营养素的外表面的存在的确预期修改营养素和吸附物物种之间的相互作用，特别是在水的解决方案。上述方面具有由多个表征技术来评估。 DR-UV-Vis光谱是用来评估铁物质的掺杂样品中的协调，以及分离的Fe ³⁺的网站和/或铁氧-氢氧化物簇的存在。 ζ电位测量允许表面电荷样品的研究中AO7的水性环境和吸附^-评估是朝向偶氮染料的材料的havior用于探测NT外部表面。

营养素的成功合成是通过XRD图谱记录并分析高分辨电镜。所有样品显示出典型的X射线衍射图案可归因于在六边形阵列（ 图^3a）43组织营养素。主峰对应于D ₁₀₀反射，从该细胞参数，其对应于两个对齐营养素之间的中心到中心的距离以六边形的包装（ 图1）， 将作为= 2d的₁₀₀ /√3计算。对d ₁₀₀峰是在相同的位置（2Θ= 3.88°）与两个国际海事组织和Fe-L-国际海事组织，而它转移到稍高的角度与通过直接合成制备的样品，导致减少在两个d的相应值₁₀₀和一个 。这种现象被归因于置换（笨重）二氧化氯₄ ^- 16，由（较小）Cl ^-的离子从铁前体衍生，用空隙的相邻营养素³⁹之间随之减少。营养素的形成是由高分辨透射电子显微镜分析确认;关于铁0.70国际海事组织样本所报告的显微照片显示营养素束在六边形阵列（ 图3c）（ 图3b）。 N ₂等温线（未报告）允许BET SSA和孔隙体积（ 表1）的测量。作为一个整体，铁的存在导致的增加的表面积。通过加载得到的样品具有较大的总体积;相对于微孔体积，主要涉及到A孔的差异，表明装载过程主要受营养素的外表面。

铁的状态是由图4a的DR-UV-Vis光谱装置的研究。类似的曲线被认为在t含的Fe他的样品，而国际海事组织（白色粉末）的紫外可见范围弱吸收。两个铁0.70 IMO和Fe-1.4-IMO主要吸收在270nm处;在480纳米的微小吸收清晰可见为Fe-1.4-国际海事组织，但它几乎可以忽略不计的Fe-0.70-国际海事组织。这样的结果表明铝³⁺ / Fe的³⁺的发生与两个样品，由于在270处的频带是由于电荷转移选自O ^2-跃迁（CT），以分离的八面体的Fe ³⁺位点，并形成在高铁含量的铁氧-氢氧化物集群，与480 nm波段，由于发生与Fe ₂ O ₃簇^36,39的DD过渡。的Fe-L-国际海事组织，类似的Fe-1.4-国际海事组织的光谱，稍微偏移向高波长和位于dd过渡范围更加激烈。这样的结果表明，铁氧-氢氧化物集群的形成是由后期合成交流的青睐，虽然铝³⁺ /铁³⁺也发生IS。

在利用Tauc在图4b曲线图表明，国际海事组织的带隙E _G = 4.9电子伏特，与计算值（4.6电子伏特^）34的协议。掺Fe带来的带隙的显著下降。用的Fe-0.70-国际海事组织样品，其中大多IS发生的Fe ³⁺物种中，E _g是2.8伏特，表明铁掺杂具有降低的带隙，因为样品被接近半导体行为的效果。为Fe-L-国际海事组织，甚至更低的带隙被测量（ _例如 = 2.4电子伏特），虽然铁氧-氢氧化物的簇的存在阻碍了E _G在这种样品中的更精确的测定。

从在pH = 6.8的水溶液^-样品“在水中的行为是由ζ电位测量和AO7的吸附手段的影响。由于红外光谱别处报道³⁹做ñOT揭示（由于低Fe含量）IMO和Fe-0.70-国际海事组织之间相关的差异，只有1.4％的Fe的质量分数的样品进行了审议。国际海事组织（ 图5a）的ζ电位曲线示出这是在较低的pH值下带正电荷，在pH = 9.8（ 即，非常接近氧化铝的^）44,45的点零电荷（PZC）的。 Fe掺杂的样品显示出非常相似的行为：在样品中两个表面电荷和PZC的净差是不相关的。作为一个整体，将样品正在低pH充电，在高pH下带负电荷的;因此，所有的人都应该能够分别吸附的上方和下方的PZC阴离子和阳离子。

AO7 ^-吸附结果示于图5b作为染料的百分比吸附作为时间的函数。最佳的性能是用Fe-1.4-国际海事组织定，随后国际海事组织，指示主过程我šAO7之间的静电引力^-阴离子和样品的正电荷的外表面（该溶液的pH值是6.8）。

然而，一些重要的不同观察：铁1.4国际海事组织提供了最好的性能在AO7而言^-去除，以在非常第一分钟的染料吸附急剧增加（伴随着pH值下降， 报道文献。 39）。同样的情况，很轻微，与铁0.70 IMO，因为反应（3）发生：

的_Fe（OH）2 ⁺铝+ AO7 ^- = FeAO7 ^- +的Al-OH + H ^+（3）

这意味着FeAO7的形成^-通过配体移位现象加合物，与染料协调N原子为Fe ³⁺网站。

图 1. 六角形包装IMO营养素的两捆的表示，当以粉末形式存在，IMO营养素都装在有近六方形对称束。在该图中一个证明的细胞参数对应于六方束内两个对准营养素之间的中心到中心的距离。毛孔A，B和C对应正确的IMO纳米孔（〜1.0纳米宽），三对准营养素（0.30-0.40〜纳米宽）和中缝纳米孔束之间孔，分别为。 请点击此处查看大图这个数字。

图2. 在水中的偶氮染料酸性橙7：偶氮-腙互变异构和UV-Vis光谱。 （a）报告化学式和分子尺寸与其偶氮和腙形成沿着染料的^42，两者都存在于水溶液中，由于互变异构现象。 （b）部分报告用于吸附实验³⁹染料的初始0.67毫米解决方案的紫外-可见光谱。 请点击此处查看该图的放大版本。

图 3. 合成粉末样品的纹理表征。部分（a）报告国际海事组织（曲线1），铁基-L-国际海事组织（曲线2），铁- 0.70 -国际海事组织（曲线3），和Fe的低角XRD图谱-1.4-IMO（曲线4）。部分（b）和（c）是指样品的Fe-0.70-IMO;的一个选择的高分辨透射电子显微镜显微照片粉末样品报道（B），用捆绑带的形成六角形阵列（C）营养素的正面视图的放大一起。 请点击此处查看该图的放大版本。

图4. DR-紫外可见的合成粉末样品的光谱特性。部分（a）报告对DR-UV-Vis光谱 国际海事组织（曲线1），铁 - 0.70 - 国际海事组织（曲线2），铁 - 1.4国际海事组织（曲线3）和Fe-L-国际海事组织（曲线4）。部分（b）报告对应利用Tauc的曲线，从该带隙的值（ _例如 ，电子伏特）记录在表1进行了测定。 普莱斯e单击此处查看该图的放大版本。

图5 的样品“表面电荷和酸性橙7吸附实验测量。部分（a）报告国际海事组织（正方形），铁- 1.4国际海事组织（三角形），和Fe-L-国际海事组织圈ζ电位曲线（ ）;误差条对应测量值的10％，按照以前的作品^38,39。 （b）部分报告AO7的百分比^{- ，}铁0.70 IMO（星），铁1.4 IMO（三角形）去除对时间IMO（正方形），和Fe-L-IMO（圆圈）。 请点击此处查看该图的放大版本。

	铁，％（重量）	BET比SSA（m 2的g -1）以上	总体积（ 立方厘米 g -1）以上	微孔体积（ 立方厘米 g -1）以上	D 100（NM±0.01）	一（NM）	带隙（eV）的	PZC	AO7 -删除
IMO	-	383	0.21	0.13	2.27	2.62	4.9	9.8	95％
的Fe-L-国际海事组织	1.4	400	0.27	0.13	2.27	2.62	2.4	10.0	30％
FE-0.70-IMO	0.70	450	0.22	0.15	2.19	2.53	2.8	-	37％
的Fe-1.4国际海事组织	1.4	455	0.22	0.14	2.17	2.51	2.8	10.4	96％

表1样品的相关性能，如用N在-196℃下₂等温线测定，X射线衍射图案，DR-UV-Vis光谱，ζ电位的测量，并与AO7吸附实验^-水解。

Discussion

为了获得成功，报道的协议必须认真遵守，因为形成营养素的严格依赖于合成条件。下面的步骤是关键的：在步骤1.2和2.3，稍过量的TEOS具有相对于所述的Si / Al的化学计量比例使用（ 即，TEOS：ATBS = 1.1：2）。过量的TEOS防止优先形成三水铝矿的氧化铝_{（Al（OH）3）}和/或勃姆石（AIOOH）阶段^46,47。

另一个关键的一点是ATBS的快速水解。为了防止这种情况，一个无水分的环境中，需要（ 例如，在此工作通过的干燥室）。在干燥的环境中，有可能同时测量TEOS和使用刻度移液管ATBS的容积，避免ATBS水解将导致不成功的合成。

另一个关键的一点是，在步骤1.6稀释。原硅酸在较高的试剂浓度，缩合会妨碍营养素的形成。

在聚合过程中，温度必须仔细控制。聚合的步骤1.7时的温度应不超过100℃。据我们所知，为了获得纯营养素的高收率下聚合的最佳范围是95-100℃。在较低温度下，在NT形成率下降，而在较高温度下，其它杂质（ 例如，氧化铝）的形式^48,49。使用一个恒温器的将是最好的解决方案，但测量靠近炉子内的高压釜的温度可以是足够了，因为在这种工作完成。

合成协议的主要限制是，营养素不形成在质量分数高于1.4％的Fe，如通过使用稍微不同的协议³³的作者的文献报道。这可能是由于在这种类型的结构引起的Fe一些结构性应变。该塞康D大限制为Al ³⁺ / Fe的³⁺的程度是可以达到，对应于1.0％的Fe的最大质量分数。它具有然而，应注意的是，同样也用Fe掺杂aluminogermanate营养素³⁷观察到。

与此相反，是一个由合成后负荷的发生是一个有趣的和令人鼓舞的结果，有可能涉及到一个事实，即营养素的外表面上的Al（OH）的Al基团是能够进行在溶液中的离子交换，根据反应（4）：

[的Al（OH）的_Al（S）+的Fe（H _{2 O）6（水溶液^）3+} = [铁（OH）的_Al（S）+的Al（H _{2 O）6（水溶液^）3+（4）}

这一结果是特别相关的，并示出，所提出的协议具有重要的成果，因为它打开通过离子交换改变国际海事组织外表面的组成，从而避免了更复杂的程序的可能性（<EM>即直接合成）。如前所述，IMO的合成需要一些预防措施，以便成功，单靠增加另一种试剂在目前的情况下，三氯化铁_{3•6H 2} O-会扰乱综合环境。这的确是简单的铁前体添加到预先形成的营养素的水溶液，作为用于铁基-L-国际海事组织样品进行。相同的过程可以被扩展到其它的阳离子与适当的费用和半径，如铬³⁺和Ti ^3+。按Ti ³⁺的情况下，然而，可能有一定的局限性，由于在Ti ³⁺物种的稳定性和它的前体的。

成功掺杂过程的另一重要结果是海事组织带隙的降低。如果涉及半导体应用而言，例如光催化这一结果是特别相关。而且，反应性的Fe ³⁺表面物质的存在可能会在被利用从水中去除有机污染物的光Fenton反应。

的Fe（OH）的Al基团的以Al ³⁺ / Fe的³⁺的结果形成提供的Fe ³⁺站点是能够在水中以协调铁物种访问，则AO7期间所观察到的^-这里报告吸附实验。这个概念可以扩展到其他有机污染物的保留，使之有可能利用营养素的外表面中不仅涉及单纯静电相互作用，但配位体位移以及吸附过程。

的Fe-L-国际海事组织朝向AO7表现最差^-吸附是归于簇的较大部分的发生。加载过程中加入氨后，集群形成多发生营养素的外表面上，由孔体积，在表1中报告为证实。有增加由载荷总孔体积荷兰国际集团，而微孔体积，适合A型毛孔，保持不变。为Fe ³⁺网站可能充当了铁氧-氢氧化物集群结晶中心。由于集群形成，IS的Fe ³⁺部位没有更多的访问AO7 ^-物种，终于降低的吸附能力的Fe-L-国际海事组织朝向染料^39。

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
Perchloric Acid (70%) puriss. p.a., ACS reagent, 70% (T)	Sigma Aldrich (Fluka)	77230	Toxic. Use face shield and respirator filter.
Aluminum-tri-sec-butoxide 97%	Sigma Aldrich	201073	Skin and eye irritation. Use eye and face shields and respirator filter.
Tetraethyl orthosilicate (reagent grade 98%)	Sigma Aldrich	131903	Toxic. Skin and eye irritation. Use eye and face shields and respirator filter.
Iron(III) chloride hexahydrate ACS reagent, 97%	Sigma Aldrich	236489	Toxic and corrosive. Use eye and face shields and gloves.
Orange II Sodium salt for microscopy (Hist.), indicator (pH 11.0-13.0)	Sigma Aldrich (Fluka)	75370	Skin and eye irritation. Use gloves and dust mask.