Waiting
Login processing...

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

Chemistry

أسلوب توليف سريع للاتحاد الأفريقي و Pd أيروجيلس حزب العمال عن طريق الاختزال المباشر القائم على الحل

Published: June 18, 2018 doi: 10.3791/57875

Summary

ويقدم أسلوب توليف الحد القائم على حل سريع ومباشر للحصول على أيروجيلس الاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال.

Abstract

ويرد هنا، طريقة لتجميع الذهب البلاديوم والبلاتين أيروجيلس عن طريق تخفيض المستندة إلى حل مباشر وسريع. الجمع بين مختلف الأيونات المعدنية الخاملة السلائف مع وكلاء الحد في نتائج نسبة 1:1 (v/v) في تشكيل المعادن المواد الهلامية في غضون ثوان إلى دقيقة مقارنة بكثير أوقات أطول في توليف لتقنيات أخرى مثل سول-جيل. القيام بخطوة التخفيض في ميكروسينتريفوجي أنبوب أو أنابيب مخروطية صغيرة الحجم يسهل التنو المقترحة، النمو، التكثيف، والانصهار، ونموذج الموازنة لتكوين هلام، مع هندسة جل النهائي أصغر من حجم رد الفعل الأولى. يأخذ هذا الأسلوب تستفيد تطور غاز الهيدروجين قوية كمنتج ثانوي لفترة خطوة التخفيض، ونتيجة للتركيزات كاشف. يتم تحديد مساحة محددة موجوداً المذيبات مع المعاوقة الكهروكيميائية التحليل الطيفي وفولتاميتري دوري. وبعد الشطف وتجميد التجفيف، هو دراسة الهيكل وتستطي الناتجة مع فحص الميكروسكوب الإلكتروني وأشعة ديفراكتوميتري امتزاز غاز النيتروجين. التوليف أسلوب وتوصيف التقنيات نتيجة في ارتباط وثيق وتستطي الرباط الأحجام. يوضح هذا الأسلوب التجميعي للمعادن النبيلة أيروجيلس أن المساحة السطحية المحددة عالية كتل قد يتحقق مع اتباع نهج الحد السريع والمباشر.

Introduction

مجموعة واسعة من تخزين الطاقة والتحويل، والحفز وتطبيقات الاستشعار تستفيد من النانو المعدنية ثلاثية الأبعاد التي تتيح التحكم في التفاعل الكيميائي، والنقل الجماعي خصائص1،2، 3،،من45. هذه النانو معدنية 3-الأبعاد كذلك تعزيز الموصلية وليونة وقابلية تطويع وقوامها8،9. دمج الأجهزة يستلزم أن تكون المواد ذاتها أو بالاقتران مع مواد الدعم. إدماج المواد النانوية على هياكل الدعم يوفر وسيلة للتقليل من المواد النشطة، ولكن قد تعاني من ضعف الامتزاز والتكتل في نهاية المطاف من خلال جهاز تشغيل10،11.

بينما هناك مجموعة متنوعة من أساليب توليف للتحكم في الشكل والحجم نانوحبيبات الفردية، تمكين النهج بعض السيطرة على المواد النانوية 3 الأبعاد المتجاورة12،،من1314. وتم تشكيل المعادن النبيلة النانو 3-الأبعاد من خلال الربط ديثيول من جسيمات نانوية مونوديسبيرسي وتشكيل سول-جل والتلاحم نانوحبيبات، والمواد المركبة، وسلاسل نانوسفيري وبيوتيمبلاتينج15،16 , 17 , 18-تتطلب العديد من هذه النهج توليف مرات بناء على أمر من أيام إلى أسابيع تسفر عن المواد المطلوبة. نانوفوامس المعادن النبيلة توليفها من الاختزال المباشر لحلول الملح السلائف قد أعدت مع مقياس توليف أسرع وأمر قصير المدى لمئات ميكرومتر في الطول، ولكن تتطلب الضغط من أجل تكامل الأجهزة الميكانيكية 19 , 20.

أولاً ذكرت كيستلر، أيروجيلس توفر طريقا توليف لتحقيق هياكل المليئة بالثغرات مع ارتفاع المساحات السطحية المحددة التي أوامر من حجم أقل كثافة من على معظم المواد نظرائه21،22،23 . توسيع هياكل ثلاثية الأبعاد إلى نطاق طول العيانية للمواد السائبة ويوفر ميزة على المجاميع نانوحبيبات أو نانوفوامس التي تتطلب مواد الدعم أو معالجة ميكانيكية. في حين أيروجيلس توفر طريقا توليف للتحكم المسامية وحجم الجسيمات ميزة، ومع ذلك، مدد مرات التوليف، وفي بعض الحالات استخدام وضع سقف لوكلاء أو رابط الجزيئات، الزيادات العامة تجهيز الخطوات والوقت.

هنا طريقة لتجميع الذهب البلاديوم والبلاتين أيروجيلس عن طريق تخفيض مباشر وسريع على أساس الحل هو عرض24. مقارنة النتائج نسبة (v/v) في تشكيل المعادن المواد الهلامية في غضون ثوان إلى دقيقة بكثير أوقات أطول في توليف لتقنيات أخرى مثل سول-جل أن الجمع بين مختلف الأيونات المعدنية الخاملة السلائف مع وكلاء الحد في 1:1. استخدام أنبوب ميكروسينتريفوجي أو صغر حجم الأنبوبة المخروطية يستفيد من تطور غاز الهيدروجين قوية كمنتج ثانوي لفترة خطوة التخفيض تيسير التنو المقترحة، النمو، التكثيف، الانصهار، ونموذج الموازنة لتكوين هلام. ارتباط وثيق بأحجام ميزة nanostructure وتستطي يتحدد بالمسح الضوئي المجهر الإلكتروني تحليل الصور وديفراكتوميتري الأشعة السينية، امتزاز غاز النيتروجين، المعاوقة الكهروكيميائية التحليل الطيفي وفولتاميتري دوري. يتم تحديد مساحة محددة موجوداً المذيبات مع المعاوقة الكهروكيميائية التحليل الطيفي وفولتاميتري دوري. يوضح هذا الأسلوب التجميعي للمعادن النبيلة أيروجيلس أن المساحة السطحية المحددة عالية كتل قد يتحقق مع اتباع نهج الحد السريع والمباشر.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

تنبيه: راجع جميع صحائف بيانات السلامة ذات الصلة (SDS) قبل الاستخدام. استخدام ممارسات السلامة المناسبة عند إجراء التفاعلات الكيميائية، لتشمل استخدام غطاء الدخان ومعدات الحماية الشخصية. تطور غاز الهيدروجين السريع يمكن أن يسبب ارتفاع الضغط في أنابيب رد فعل يسبب قبعات لموسيقى البوب والحلول للرش بها. ضمان أن رد فعل أنبوب قبعات يظل مفتوحاً كما هو محدد في البروتوكول.

1-إعداد جيل المعادن

  1. إعداد الحلول أيون معدني.
    1. إعداد 2 مل حلول م 0.1 من الأملاح التالية: حوكل4•3H2س وغ2بدكل4 في منزوع الماء. إعداد 2 مل من 0.1 م ك2شركة الاتصالات الباكستانية6 في 1:1 (v/v) المياه ومذيب الإيثانول. حلول قوة اهتزاز ودوامه للمساعدة في الحل الأملاح.
  2. إعداد الحلول الفلزي.
    1. إعداد 10 مل حلول م 0.1 من وكلاء الحد: برن ديميثيلاميني (دماب) ونابه4 (بورهيدريد الصوديوم).
  3. إعداد الاتحاد الأفريقي والهلام.
    1. "الماصة؛" 0.5 مل من 0.1 م حوكل4•3H2س الحل في أنبوب ميكروسينتريفوجي 1.7 مل أو مل 2.0. قوة "الماصة؛" 0.5 مل دماب في أنبوب ميكروسينتريفوجي مع حل الذهب لضمان مزيج سريع لحلول الملح والفلزي. بمجرد الحلول مختلطة، وضع أنبوب ميكروسينتريفوجي عمودياً في رف أنبوب مع غطاء أنبوب مفتوحة.
      ملاحظة: إذا تم ترك غطاء أنبوب مغلق، الهيدروجين تطور الغاز سوف يسبب الضغط داخل قوة عملية النداءات الموحدة لفتح البوب ويحتمل أن رش الخليط الحد.
  4. إعداد Pd الهلام.
    1. "الماصة؛" 0.5 مل من 0.1 م غ2بدكل4 الحل في أنبوب ميكروسينتريفوجي 1.7 مل أو مل 2.0. قوة "الماصة؛" 0.5 مل من نأبه4 في أنبوب ميكروسينتريفوجي مع الحل البلاديوم. فتح مكان الأنبوب ميكروسينتريفوجي رأسياً على حامل أنبوب مع غطاء الأنبوبة.
  5. إعداد Pt الهلام.
    1. "الماصة؛" 0.5 مل من 0.1 م ك2حل6 شركة الاتصالات الباكستانية في أنبوب ميكروسينتريفوجي 1.7 مل أو مل 2.0. قوة "الماصة؛" 0.5 مل دماب في أنبوب ميكروسينتريفوجي مع حل البلاتين. فتح مكان الأنبوب ميكروسينتريفوجي رأسياً على حامل أنبوب مع غطاء الأنبوبة.
  6. انعكاس الأنبوبة.
    1. في حوالي 5 دقائق، كاب الأنابيب ميكروسينتريفوجي وعكس 3-5 مرات بلطف للمساعدة في اندماج الجسيمات المعدنية ليست جزءا من جل معدنية. ضمان أن قبعات الأنبوبة على الفور أزم بعد عكس أنابيب، واستبدال أنابيب في حامل للحفاظ على اتجاه عمودي للأنبوب.
  7. الموازنة.
    1. في حين تشكل المواد الهلامية الاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال في البداية في غضون دقائق، ترك الجل الوليدة في حل الفلزي ح 3 – 6 للسماح للحد الكامل من الأيونات المعدنية وتدنية الطاقة الحرة السطحية تحدث.
      ملاحظة: تحتل المواد الهلامية معدنية حجم أصغر من حجم الأولى حل أيون وعامل تخفيض المعادن المختلطة. بعض انكماش حجم طفيفة إضافية قد لاحظ خلال فترة الموازنة، وهو أكثر وضوحاً بالنسبة للمواد الهلامية الذهب ويعتقد أن سبب Ostwald إنضاج25.
  8. هلام الشطف.
    1. للاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال الجل بعد فترة الموازنة، إزالة الزائدة الفلزي الحل، ولكن ترك ما يكفي حجم الحل حتى يظل جل المعدنية المغمورة. ضمان أن غضروف الحل لا يأتي على اتصال مع هلام معدنية.
      ملاحظة: على الرغم من أن المعدن الهلامية مستقرة بما يكفي لنقل بين الحلول مع ملعقة، شعرية قوات الواجب الاتصال مع غضروف حل سوف تشوه وأن ضغط المواد الهلامية أدى إلى زيادة في كثافة وتستطي الختامي. وهذا يتطلب بقاء بعض الحلول الفلزي في الأنبوب مع هلام المغمورة عندما نقل إلى منزوع الماء.
    2. ببطء "الماصة؛" المياه إلى الأعلى من الأنابيب ميكروسينتريفوجي رد فعل. غمر أنبوب ميكروسينتريفوجي في أنبوب 50 مل مخروطية الشكل كامل للمياه. والسماح الهلام الشريحة من أنبوب ميكروسينتريفوجي.
    3. ترك الجل في المياه ح 24، ويحل محل الماء في ح 12. ليس للسماح غضروف سائل تأتي في اتصال مع الهلام.

2-الكهروكيميائية المساحة السطحية (اكسى) توصيف المواد الهلامية معدنية الرطب

ملاحظة: يتم توصيف الكهروكيميائية في الرطب الجل المعدنية قبل إجراء تجميد التجفيف. اكسى الناتجة من ثم تقديراً لسطح هيكل وتستطي الختامي. النيتروجين بالامتزاز قياسات تستخدم لتقدير مساحة أيروجيلس المجفف.

  1. صرف المذيبات.
    1. إزالة جزء كبير من المياه من الاتحاد الأفريقي، Pd، وحزب العمال شطف حلول ممكنة وضمان أن غضروف السائل لا يأتي على اتصال بالجل.
    2. إضافة 50 مل, 0.5 م بوكل للأنابيب المخروطية بغية تبادل المياه مع دعم الكهرباء داخل المسام هلام. اترك المواد الهلامية في حل بوكل عن 24 ساعة.
  2. إعداد قطب العمل.
    1. معطف قطب كهربائي سلك البلاتين 1 مم مع غير المتفاعلة الطلاء باستخدام فرشاة غرامة أو أي جهاز طلب ترك طول 4-5 مم من الحافة سلك مكشوف.
    2. السماح للطلاء ليجف مدة 20 دقيقة.
    3. تطبيق المعاطف اثنين على الأقل من الطلاء.
  3. إنشاء خلية 3-القطب.
    1. استخدام هيكل خلية 3-قطب كهربائي مع Ag/AgCl (م 3 المشبعة) المراجع القطب، وحزب العمال قطرها 0.5 ملم قطب عداد مساعدة أسلاك، ومسرى العامل مطلي ورنيش.
    2. قطع أنبوب بلاستيكي 50 مل مخروطية في نصف واستخدامها كقنينة الكهروكيميائية.
    3. اتصل الهلام مع مسرى العامل بإحدى طريقتين: 1) مخوزق هلام، أو الوضع 2) الاتصال.
      1. و يعمل القطب-جل مخوزق.
        1. مع الجل في الجزء السفلي من الأنبوبة المخروطية معدلة 50 مل، بلطف إدراج مسرى المطلية باللك في الهلام.
          ملاحظة: الأسلوب مخوزق جل يثبت أكثر فعالية مع الاتحاد الأفريقي الهلام، بينما Pd وحزب العمال والهلام الكسر أكثر تواترا عند الإدراج القطب.
      2. العامل الكهربائي-اتصل بالوضع.
        1. إدراج مسرى العامل مطلي ورنيش في الأنبوبة المخروطية على طول السطح الداخلي وبقية هلام معدنية على رأس السلك حزب العمال المعرضين القطب العامل.
  4. المعاوقة الكهروكيميائية التحليل الطيفي (EIS).
    1. أداء بوتينتيوستاتيك بفحص نظام المعلومات البيئية مع الترددات بين 100 ميجاهرتز و 1 ميغاهرتز باستخدام موجه جيبية سعة أم 10. في حالة حدوث الفيضانات الحالية، استخدم جالفانوستاتيك نظام المعلومات البيئية مع نفس النطاق الترددي، وموجه جيبية سعة mA 100-200.
  5. تحديد مساحة السطح الكهروكيميائية (اكسى) من البيانات البيئية.
    1. ل Z "، المكون التخيلي لمقاومة، في نظام المعلومات البيئية أدنى تردد و 1 ميجا هرتز، وقسمة كتلة العينة، m، تستخدم المعادلة التالية لتحديد السعة المحددة، جس:
      ج س = 1/(2πق أ "م) (1)
      ملاحظة: نظراً لأن يتحدد في اكسى من أ جل رطب قبل تجميد التجفيف في الخطوة 3 أدناه، تحديد الكتلة بافتراض كل من الأيونات المعدنية في حل تنخفض بشكل الهلام. وبناء على هذا الافتراض، سيؤدي أي العائد الفعلي أقل من 100% في التقليل من شأن جس.
  6. دوري فولتاميتري (CV).
    1. استخدام معدلات المسح الضوئي من 100 و 75، 50، 25، 10، 5 و 1 mV/s للقياسات السيرة الذاتية. استخدام نطاقات الجهد من-0.2 إلى 0.2 الخامس (مقابل Ag/AgCl) للمواد الهلامية الاتحاد الأفريقي، وحدد 0.1 إلى 0.4 V للهلام Pd وحزب العمال لتجنب الامتزاز امتزاز الهيدروجين، والأكسدة والاختزال من المعادن.
  7. تحديد مساحة السطح الكهروكيميائية (اكسى) من بيانات السيرة الذاتية.
    1. استخدام أبطأ معدل مسح السيرة الذاتية أم 1/s، وحساب السعة المحددة بالمعادلة:
      ج س = (∫ivdv)/(2μمΔالخامس) (2)
      ملاحظة: هنا الأول و الخامس هي الحالية والمحتملة في مسح السيرة الذاتية (ألف والخامس) ومعدل المسح هو μ (V/s)، وهو كتلة من الجل م (ز) و ΔV هو الإطار المحتملة للتفريغ (مقابل Ag/AgCl).

3-وتستطي إعداد وتحديد خصائصها.

  1. إزالة ماء الشطف منزوع للهلام الاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال في خطوة 1.8 وضمان أن غضروف المياه لا تأتي على اتصال مع المواد الهلامية معدنية.
  2. مكان المواد الهلامية في ثلاجة-80 درجة مئوية لا تقل عن 30 دقيقة نقل المعادن المجمدة الهلام إلى تجميد مجفف مع ضغط تعيين نقطة من 4 السلطة الفلسطينية أو أقل.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

إضافة معدنية أيون الفلزي الحلول معا نتائج وفي الحلول مباشرة تحول لون أسود داكن مع تطور غاز نشطة. ملاحظة التقدم رد فعل تشير إلى إليه تشكيل جل المقترح المبين في الشكل 1. تكوين هلام العائدات من خلال خمس خطوات من نويات 1) نانوحبيبات 2)، 3) التكثيف، 4) الانصهار، والنمو 5) الموازنة. ويلاحظ الخطوات الأربع الأولى التي تحدث خلال الدقائق القليلة الأولى من رد فعل، مع الموازنة إجراءات الخطوة الخامسة خلال ح 3-6 بينما لا يزال في الحل الفلزي الهلام، ويستمر أثناء شطف المياه.. ويبين الشكل 2 أيروجيلس الاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال تمثيلاً تطفو على سطح المياه مما يدل hydrophobicity وتستطي مميزة. المواد الهلامية Pd وحزب العمال ظلت سوداء اللون من مجموعة الأولى من أيون معدني وحلول الفلزي، بينما الجل الذهب ابتعد عن الأسود في الحد الأولى لعرض لوناً أحمر والذهب خلال مرحلة الموازنة.

الرقم 3 الصور الفوتوغرافية تصور الجل معدنية الرطب بعد استبدال الحد مع الحل الفلزي مع المياه. تم تخفيض طائفة من أيونات المعادن الحل تركيزات أقل من 0.1 M المعروضة في الخطوة 1 من المقطع بروتوكول مع تركيزات الفلزي 0.1 M ذاته. للمجموعات من حوكل4•3H2س مع دماب و Na2بدكل4 مع نأبه4وك2شركة الاتصالات الباكستانية6 (في الإيثانول 50 ٪) مع دماب، وتركيزات أيونات معدنية من 5، 10، 25 و 50 و 100 مم، وجد الحجم هلام ينخفض مع انخفاض تركيز أيونات معدنية. طريقة التوليف المقدمة هنا يوفر ميزة كبيرة من المقاييس الزمنية السريعة لتحقيق كتل وتستطي. ومع ذلك، يعتبر حجم جل النهائي للتركيزات المعدنية 0.1 متر حوالي ¼ إلى ⅓ حجم الحل التوليف. إليه تشكيل جل ييسرها نتائج تطور غاز الهيدروجين السريع في تكوين هلام سريعة، ولكن في نهاية المطاف نتائج نقص الشكل في التحكم لهذا الأسلوب.

لاختبار المجموعة من جل ممكن تشكيل النتائج، تم اختبار توليفات مختلفة من أيونات المعادن النبيلة مع ثلاثة من عملاء تخفيض استخدام طريقة عرض في البروتوكول خطوة 1. كانت ثلاثة عوامل تخفيض استخدام DMAB، نأبه4، وصوديوم هيبوفوسفيتي (نة2ص2). واستخدمت جميع تخفيض عوامل تركيز 0.1 متر. وكانت الأملاح المعدنية المستخدمة هاوكل43 ح2س وبدكل4غ2، Pd (NH3)4Cl2، وشركة الاتصالات الباكستانية4ك2، Pt (NH3)4Cl2وشركة الاتصالات الباكستانية6غ2. شركة الاتصالات الباكستانية6 غ2أعد مع المياه. وكل على حدة مع 1:1 منزوع الماء مذيب الإيثانول. كانت تتباين تركيزات أيونات المعادن عبر مجموعة من 100، 50، 25، 10، 5، 1 و 0.5 و 0.1 ملم. ويبين الجدول 1 تركيز أيونات معدنية الحد الأدنى في جل الذي لوحظ تشكيل تحدث. وأسفر أيونات معدنية وتركيبات الفلزي المعروضة في الخطوة 1 من البروتوكول المواد الهلامية استنساخه وأكثرها استقرارا. بينما شكلت المواد الهلامية الاتحاد الأفريقي مع استخدام نأبه4، أكثر الأشكال جل متنوعة وقدمت مادة سطح عيانية أخشن. المواد الهلامية Pd شكلت مع نا2بدكل4 و Pd (NH3)4Cl2 نتائج مماثلة. المواد الهلامية Pt مستقرة كانت صعبة لتحقيق استخدام Pt (NH3)4Cl2 وك2شركة الاتصالات الباكستانية4 يرجح أن سبب استقرار حراري أيونات البلاتين مربع مستو. شكلت المجاميع جل كبير مع Na2شركة الاتصالات الباكستانية6 أعدت في المذيبات المياه، بينما أعد استخدام شركة الاتصالات الباكستانية6 غ2في 1:1 المياه إلى مذيب الإيثانول أكثر أدت إلى استمرار متآلف المواد الهلامية. إضافة الإيثانول كمذيب يستند إلى تقارير Pt نانوحبيبات عدم الاستقرار في الإيثانول لتجميع الجسيمات بالسيارة والانصهار. وبصفة عامة، أصبح جل الشكل أكثر من متغير لخفض تركيزات الملح السلائف للاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال.

ويكشف تحليل المسح الضوئي المجهر الإلكتروني (SEM) للمواد الهلامية بنية هرمية المسامية للاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال أيروجيلس كما هو مبين في الشكل 4. تم تحديد نطاق أحجام المسام واربطه من تحليل الصور ووزارة شؤون المرأة مع قياسات 200-300 لكل قيمة. يقدم الاتحاد الأفريقي أيروجيلس ماكروبوريس كبيرة مع مجموعة من 50-600 نانومتر، واربطه السلس مع مجموعة قطر 18-280 نيوتن متر مع متوسط 63.7 ± 36.0 نانومتر. أيروجيلس Pd وحزب العمال تختلف في بنيتها من أيروجيلس الاتحاد الأفريقي، فإنها تعرض بنية "خرز في سلسلة" مع جسيمات نانوية تنصهر فيها. ماكروبوريس Pd تراوحت بين 50-340 نانومتر، مع الرباط بأقطار تتراوح ما بين 12-65 شمال البحر الأبيض المتوسط، بمعدل 34.5 ± 9.5 نانومتر. Pt ماكروبوريس تتراوح بين 50-470 شمال البحر الأبيض المتوسط، مع الرباط بأقطار تتراوح بين 13-60 نانومتر، بمتوسط قدرة 29.7 ± 9.0 شمال البحر الأبيض المتوسط24. نطاق أكبر في بنية ماكروبوري Pt يعزى إلى Pt نانوحبيبات الاستقرار والحاجة إلى الإيثانول إلى التلاحم بالسيارة، وما يترتب عليه من سهولة تطور فقاعة غاز الهيدروجين كبيرة أثناء عملية تكوين هلام. حيود الأشعة السينية (XRD) الأطياف من 20-70 درجة مئوية في الشكل 5 تشير إلى قمم المميزة للاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال أيروجيلس مع لا أكاسيد قابلة للاكتشاف.

إيسوثيرمس فيسيسوربشن غاز النيتروجين يتم إظهارها للاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال أيروجيلس في الشكل 6aو 6 ج 6e، وتشير إلى من "النوع الرابع" الايسوثرم مميزة للمواد ميسوبوروس مع المسام غالباً تتراوح ما بين 2-50 نانومتر28 . استخدم نموذج باريت – Joyner – هاليندا (بجه) لمنحنيات الامتزاز الشكل 6b ود 6 6f لإظهار التراكمي المسام حجم (/g3سم) والمسام حجم التوزيع (dV/dd) للاتحاد الأفريقي، والمشتريات، والمسام Pt أيروجيلس مع أحجام في 2 – وتتراوح 50 نانومتر ميسوبوروس29 . لتحديد المساحات السطحية وتستطي محددة، استخدم نموذج برنار متعددة النقاط-اميت-الصراف (بيت) لتحليل إيسوثيرمس الامتزاز في الشكل 6. 30 للاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال أيروجيلس وادي ذلك إلى قيم 3.06 و 15.43/g220.56 متر على التوالي. أيروجيلس المعادن النبيلة توليفها من سول-المواد الهلامية من جسيمات نانوية بريفورميد حققت المناطق السطحية محددة مماثلة31. أقطار الرباط مثالي استناداً إلى المساحات السطحية محددة هي 85.4 و 33.1 و 13.6 شمال البحر الأبيض المتوسط للاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال أيروجيلس وعموما كورليت لأحجام الميزة مصممة مع تحليل الصور ووزارة شؤون المرأة.

ويبين الشكل 7 ألفأطياف المعاوقة الكهروكيميائية للهلام الاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال. يتم رسم السعة المحددة كدالة تردد نظام المعلومات البيئية في الشكل 7b مع تقديرات 2.18. 4-13، و 4.20 و/ز للهلام الاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال. استناداً إلى القيمة اسمية 30 µF/سم2 للأسطح المعدنية، الاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال من المناطق السطحية محددة هي 7.27 و 13.77 م 14.002/g32. تم احتواء الأطياف نظام المعلومات البيئية مع نموذج خط إرسال (تلم) استناداً إلى نموذج الدارة يعادل Randle المعدلة لهو موضح في الشكل 7 ج. في هذا النموذج، المقاومات (R)، والمكثفات (ج) أو عناصر المرحلة ثابتة (CPE)، وتقييد نشر عناصر (Zdiff) ترتبط في التوازي وسلسلة. يمثل R1 المقاومة المنحل بالكهرباء ومقاومة الاتصال مع مسرى العامل في الترددات العالية. مزدوجة الطبقة السعة، تهمة نقل، ومقاومة المواد، وأيون مقيد نشرها عن طريق شبكة موزعة على شكل هرمي المسام ويمثل ترتيب العناصر CPE أو ج موازية مع اتصال متسلسل R و Zالمهرجان 33،34. وعلى غرار النموذج تلم فعالية الأطياف نظام المعلومات البيئية للمواد الهلامية الاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال.

فحص دوري فولتاميتري مبينة في الشكل 8 أج-8 للاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال والهلام على التوالي. باستخدام معدل مسح mV/s السيرة الذاتية 1، حسبت كاباسيتانسيس محددة للمواد الهلامية الاتحاد الأفريقي، والمشتريات، وحزب العمال أن يكون 2.67 و 7.99 5.12 و/ز، واستخدام القيمة الاسمية 30 µF/سم2، نفس نظام المعلومات البيئية كاباسيتانسيس، غلات المناطق السطحية محددة 8.90 ، 26.63، و 17.07 م2/g.

عامل تخفيض
الملح دماب نأبه4 ناهبو2
100 مم 100 مم 100 مم
[عاقل]4[ - 10 ملم 5 مم لا هلام
[Pd (NH3)4] 2 + 25 مم 5 مم لا هلام
[بدكل]4[ 2- 25 مم 5 مم 50 مم
[Pt (NH3)4] 2 + لا هلام 100 مم لا هلام
[شركة الاتصالات الباكستانية4] 2- لا هلام 100 مم لا هلام
[شركة الاتصالات الباكستانية6] 2- 25 مم لا هلام لا هلام
[شركة الاتصالات الباكستانية6] 2- 10 ملم لا هلام لا هلام
50% EtOH

الجدول 1. تركيز عتبات لتكوين هلام لمجموعات مختلفة من نوع الملح ووكلاء الحد. مستنسخة من مرجع 24 مع الإذن.

Figure 1
رقم 1- الآلية المقترحة لتشكيل جل المعادن النبيلة. عائدات التوليف عبر نويات (أ) الأولى للجسيمات النانوية، (ب) سرعة نمو الجسيمات النانوية، (ج) التكثيف من جسيمات نانوية بسبب الهيدروجين الغاز تطور، (د) اندماج الجسيمات النانوية، وأخيراً السطحي (ه) تدنية الطاقة الحرة و الموازنة لجل الناتجة عن ذلك. مستنسخة من مرجع 24 مع الإذن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 2
الشكل 2- (أ) الذهب والبلاديوم (ب) أيروجيلس (ج) البلاتين عائمة في المياه. تعديل من مرجع 24 مع الإذن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 3
الشكل 3- المعادن النبيلة جل التوليف عبر مجموعة من تركيزات الملح من اليمين إلى اليسار من 100، 50، 25، 10 و 5 ملم. (أ) [عاقل]4[ خفضت مع 100 مم دماب. (ب) بدكل]4[2- تخفيض مع 100 ملم نأبه4. (ج) شركة الاتصالات الباكستانية]6[2- أعد في الإيثانول 50%، خفضت مع 100 مم دماب. تعديل من مرجع 24 مع الإذن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 4
الشكل 4- مسح ميكروجرافس الإلكترون (الذهب اعال (البلاديوم c)-(d) و (أيروجيلس e)-(f) البلاتين. مستنسخة من مرجع 24 مع الإذن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 5
الشكل 5- زرد الأطياف للبلاتين (أعلى) والحراسة (وسط) أيروجيلس الذهب (أسفل). تعديل من مرجع 24 مع الإذن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 6
الشكل 6- إيسوثيرمس الامتزاز بالامتزاز النيتروجين، وتوزيع حجم المسام مع حجم المسام التراكمي (الذهب اعال (البلاديوم c)-(d) و (أيروجيلس e)-(f) البلاتين. مستنسخة من مرجع 24 مع الإذن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 7
الرقم 7- (أ) أداء الأطياف معاوقة الكهروكيميائية للذهب، البلاديوم والبلاتين المواد الهلامية في 0.5 م بوكل مقابل Ag/AgCl مرجع قطب كهربائي. ) أ (اقحم) الأطياف نظام المعلومات البيئية منخفضة التردد من (أ). (ب) محددة السعة (جس) للمواد الهلامية محسوبة من الأطياف نظام المعلومات البيئية ذات التردد المنخفض في (أ). ) ب (اقحم) منخفضة التردد جس القيم. (ج (RLC تركيب خط الإرسال نموذج (تلم) للاطياف نظام المعلومات البيئية. مستنسخة من مرجع 24 مع الإذن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Figure 8
الشكل 8- دوري فولتاميتري في معدلات المسح الضوئي من 50، 25، 10، 5، وأم 1/s (أ) الذهب و (ب) البلاديوم الجل (ج) البلاتين. ويندوز الجهد هي (a)-0.2 الخامس إلى 0.2 الخامس، و (b)-(c) 0.1 V إلى 0.4 V (مقابل Ag/AgCl). مستنسخة من مرجع 24 مع الإذن. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

الأسلوب التجميعي وتستطي المعادن النبيلة قدم هنا النتائج في تشكيل كتل المساحة السطحية المسامية عالية، وأن تكون قابلة للمقارنة لتقنيات التوليف أبطأ السريع. الحل أيون معدني 1:1 (v/v) لعامل تخفيض نسبة الحل حاسم في تيسير نموذج تكوين هلام المقترحة. بمثابة عامل تخفيض ثانوي تطور غاز الهيدروجين السريع كمنتج ثانوي لتخفيض الكهروكيميائية من الأيونات المعدنية ويسهل التكثيف، والانصهار المتزايدة جسيمات نانوية أثناء تكوين هلام. اختيار تركيبات الأمثل من أنواع أيون معدني وعوامل تخفيض مهم أيضا نظراً لأن العديد من تركيبات التوليف في الجدول 1 لا تؤدي إلى تكوين هلام.

حاسمة للحفاظ على هيكل جل بعد الاختزال الكيميائي ضمان أن جل اتصال مع سطح الهواء السائل الحل مصغراً منعا لضغط الجل سبب التوتر السطحي والشعرية قوات من المياه. الحد الموسعة والشطف مرات تتجاوز تلك المحددة في البروتوكول قد تفضي إلى مزيد من الضغط من المواد الهلامية معدنية بسبب استمرار الطاقة الحرة السطحية إلى أدنى حد.

الفائدة الأساسية للأسلوب التجميعي المقدم هو سرعة تشكيل المعادن النبيلة أيروجيلس مع ميزة الأحجام بما يتناسب مع تقنيات التوليف أبطأ. وتتحقق في أحجام ميزة جل دون استخدام جسيمات نانوية بريفورميد أو وكلاء متوجا خلال التوليف. مزيد من الترابط التجريبية المسام والرباط الأحجام والمساحات السطحية بين وزارة شؤون المرأة، زرد، امتزاز غاز النيتروجين، نظام المعلومات البيئية، وقياسات السيرة الذاتية تشير إلى قيم ذات معنى واستنساخه.

البروتوكول قد تكون متنوعة لرفع مستوى لتشكيل أيروجيلس أكبر باستخدام أنابيب مخروطية الشكل 15 مل بحجم رد فعل مجموع 3 مل. ومع ذلك، لوحظت رد فعل زيادة وحدات التخزين أن تسفر عن زيادة تقلب الشكل وتستطي الختامي. هذا التغير زيادة يوحي بأن نسبة العرض إلى الارتفاع من وعاء التفاعل بالنسبة إلى حجم رد الفعل النظر في أسلوب توليف هامة. في حين أن الفائدة الأساسية من الأسلوب تكوين هلام السريع، يعكس عدم وجود عنصر تحكم الشكل القصور الأكثر أهمية لردود الأفعال الصغيرة والكبيرة الحجم على حد سواء. ويشمل العمل في المستقبل استخدام المركبة بيوتيمبلاتينج والكربون كما التحكم النهج الممكنة لتحقيق أفضل الشكل35،36. سقالة مصممة بطريقة رشيدة للحد من المعادن، بيوتيمبلاتيد والمواد المركبة قد توفر المزيد من التحكم في طول الرباط، وقطر، والشكل وتستطي. الأسلوب المباشر والسريع التوليف المقدمة هنا يوفر تقدم في تقليل الخطوات التوليف ومرات تحقيق ارتفاع المساحات المحددة، ويقدم نهجاً مادية لتطبيقات الطاقة، والحفز، وأجهزة الاستشعار.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

الكتاب ليس لها علاقة بالكشف عن.

Acknowledgments

الكتاب ممتنون ستيفن شتاينر في "تكنولوجيات وتستطي" للإلهام والرؤى الفنية، والدكتور تشو ديرين في الجيش البحوث مختبر الاستشعار والالكترون أجهزة المديرية، الدكتور كريستوفر هينز في "بحوث التسليح"، التنمية ومركز الهندسة والجيش الأمريكي رديكوم-وروندا، والدكتور ستيفن بارتولوتشي في "مختبرات بينيت جيش الولايات المتحدة" لما قدمته من المساعدة. وأيد هذا العمل بمنحه "صندوق بحوث التنمية كلية" من الأكاديمية العسكرية للولايات المتحدة، ويست بوينت.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
HAuCl4Ÿ•3H2 Sigma-Aldrich 16961-25-4
Na2PdCl4 Sigma-Aldrich 13820-40-1
K2PtCl6 Sigma-Aldrich 16921-30-5
Pd(NH3)4Cl2 Sigma-Aldrich 13933-31-8
K2PtCl4 Sigma-Aldrich 10025-99-7
Pt(NH3)4Cl2Ÿ•H2O Sigma-Aldrich 13933-31-8
dimethylamine borane (DMAB) Sigma-Aldrich 74-94-2
NaBH4 Sigma-Aldrich 16940-66-2
NaH2PO2Ÿ•H2O Sigma-Aldrich 10039-56-2
Ethanol Sigma-Aldrich 792780
Snap Cap Microcentrifuge Tubes, 2.0 mL Cole Parmer UX-06333-70
Snap Cap Microcentrifuge Tubes, 1.7 mL Cole Parmer UX-06333-60
Conical Centrifuge Tubes 15mL Stellar Scientific T15-101 
Ag/AgCl Reference Electrode BASi MF-2052
Pt wire electrode BASi MF-4130
Miccrostop Lacquer Tober Chemical Division NA
Potentiostat Biologic-USA VMP-3 Electrochemical analysis-EIS, CV
Freeze Dryer Labconco Freezone 2.5 Liter Aerogel freeze drying
XRD PanAlytical Empyrean X-ray diffractometry
Surface and Pore Analyzer Quantachrome NOVA 4000e Nitrogen gas adsorption
ImageJ, Image analysis software National Institute of Health NA SEM image analysis

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Rolison, D. Catalytic Nanoarchitectures-the Importance of Nothing and the Unimportance of Periodicity. Science. 299, 1698-1701 (2003).
  2. Wei, T., Chen, C., Chang, K., Lu, S., Hu, C. Cobalt Oxide Aerogels of Ideal Supercapacitive Properties Prepared with an Epoxide Synthetic Route. Chemistry of Materials. 21, 3228-3233 (2009).
  3. Anderson, M., Morris, C., Stroud, R., Merzbacher, C., Rolison, D. Colloidal Gold Aerogels: Preparation, Properties, and Characterization. Langmuir. 15, 674-681 (1999).
  4. Gaponik, N., Herrmann, A., Eychmuller, A. Colloidal Nanocrystal-Based Gels and Aerogels: Material Aspects and Application Perspectives. Journal of Physical Chemistry Letters. 3, 8-17 (2012).
  5. Olsson, R., et al. Making flexible magnetic aerogels and stiff magnetic nanopaper using cellulose nanofibrils as templates. Nature Nanotechnology. 5, 584-588 (2010).
  6. Anderson, M., Morris, C., Stroud, R., Merzbacher, C., Rolison, D. Colloidal Gold Aerogels: Preparation, Properties, and Characterization. Langmuir. 15, 674-681 (1999).
  7. Gaponik, N., Herrmann, A., Eychmuller, A. Colloidal Nanocrystal-Based Gels and Aerogels: Material Aspects and Application Perspectives. Journal of Physical Chemistry Letters. 3, 8-17 (2012).
  8. Hodge, A., Hayes, J., Cao, J., Biener, J., Hamza, A. Characterization and Mechanical Behavior of Nanoporous Gold. Advanced Engineering Materials. 8, 853-857 (2006).
  9. Hodge, A., et al. Scaling equation for yield strength of nanoporous open-cell foams. Acta Materialia. 55, 1343-1349 (2007).
  10. Ambrosi, A., Chua, C., Bonanni, A., Pumera, M. Electrochemistry of Graphene and Related Materials. Chemical Reviews. 114, 7150-7188 (2014).
  11. Maillard, F., et al. Influence of particle agglomeration on the catalytic activity of carbon-supported Pt nanoparticles in CO monolayer oxidation. Physical Chemistry Chemical Physics. 7, 385-393 (2005).
  12. Zhao, P., Li, N., Astruc, D. State of the art in gold nanoparticle synthesis. Coordination Chemistry Reviews. 257, 638-665 (2013).
  13. Wen, D., et al. Controlling the Growth of Palladium Aerogels with High-Performance toward Bioelectrocatalytic Oxidation of Glucose. Journal of American Chemical Society. 136, 2727-2730 (2014).
  14. Jana, N., Gearheart, L., Murphy, C. Seed-Mediated Growth Approach for Shape-Controlled Synthesis of Spheroidal and Rod-like Gold Nanoparticles Using a Surfactant Template. Advanced Materials. 13, 1389-1392 (2001).
  15. Ding, Y., Chen, M., Erlebacher, J. Metallic Mesoporous Nanocomposites for Electrocatalysis. Journal of American Chemical Society. 126, 6876-6877 (2004).
  16. Liu, W., et al. High-Performance Electrocatalysis on Palladium Aerogels. Angewandte Chemie. International Edition. 51, 5743-5747 (2012).
  17. Herrmann, A., et al. Multimetallic Aerogels by Template-Free Self-Assembly of Au, Ag, Pt, and Pd Nanoparticles. Chemistry of Materials. 26, 1074-1083 (2014).
  18. Ameen, K., Rajasekharan, T., Rajasekharan, M. Grain size dependence of physico-optical properties of nanometallic silver in silica aerogel matrix. Journal of Non-Crystalline Solids. 352, 737-746 (2006).
  19. Qin, G., et al. A Facile and Template-Free Method to Prepare Mesoporous Gold Sponge and Its Pore Size Control. Journal of Physical Chemistry C. 112, 10352-10358 (2008).
  20. Krishna, K., Sandeep, C., Philip, R., Eswaramoorthy, M. Mixing Does the Magic: A Rapid Synthesis of High Surface Area Noble Metal Nanosponges Showing Broadband Nonlinear Optical Response. ACS Nanotechnology. 5, 2681-2688 (2010).
  21. Kistler, S. Coherent Expanded Aerogels and Jellies. Nature. 127, 741-741 (1931).
  22. Du, A., Zhou, B., Zhang, Z., Shen, J. A Special Material or a New State of Matter: A Review and Reconsideration of the Aerogel. Materials. 6, 941-968 (2013).
  23. Tappan, B., Steiner, S., Luther, E. Nanoporous Metal Foams. Angewandte Chemie. International Edition. 49, 4544-4565 (2010).
  24. Burpo, F., et al. Direct solution-based reduction synthesis of Au, Pd, and Pt aerogels. Journal of Materials Research. 32, 4153-4165 (2017).
  25. Ostwald, W. Blocking of Ostwald ripening allowing long-term stabilization. PhysicalChemistry. 37, 385 (1901).
  26. Wang, S., Tseng, W. Aggregate structure and crystallite size of platinum nanoparticles synthesized by ethanol reduction. Journal of Nanoparticle Research. 11, 947-953 (2009).
  27. Schneider, C., Rasband, W., Eliceiri, K. NIH Image to ImageJ: 25 years of image analysis. Nature Methods. 9, 671-675 (2012).
  28. Thommes, M., et al. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report). Pure and Applied Chemistry. 87, 1051-1069 (2015).
  29. Barrett, E., Joyner, L., Halenda, P. The Determination of Pore Volume and Area Distributions in Porous Substances. I. Computations from Nitrogen Isotherms. Journal of the American Chemical Society. 73, 373-380 (1951).
  30. Brunauer, B., Emmett, P., Teller, P. Adsorption of Gases in Multimolecular Layers. Journal of the American Chemical Society. 60, 309-319 (1938).
  31. Herrmann, A., et al. Multimetallic Aerogels by Template-Free Self-Assembly of Au, Ag, Pt, and Pd Nanoparticles. Chemistry of Materials. 26, 1074-1083 (2014).
  32. Kornyshev, A., Irbakh, M. Double-layer capacitance on a rough metal surface. Physical Review E. 53, 6192-6199 (1996).
  33. Bisquert, J. Influence of the boundaries in the impedance of porous film electrodes. Physical Chemistry Chemical Physics. 2, 4185-4192 (2000).
  34. Bisquert, J. Theory of the Impedance of Electron Diffusion and Recombination in a Thin Layer. Journal of Physical Chemistry B. 106, 325-333 (2002).
  35. Lu, K., Yuan, L., Xin, X., Xu, Y. Hybridization of graphene oxide with commercial graphene for constructing 3D metal-free aerogel with enhanced photocatalysis. Applied Catalysis B. 226, 16-22 (2018).
  36. Nystron, G., Roder, L., Fernandez-Ronco, M., Mezzenga, R. Amyloid Templated Organic Inorganic Hybrid Aerogels. Advanced Functional Materials. , 1703609-1703620 (2017).

Tags

الكيمياء، العدد 136، وتستطي، الحفز البلاديوم المليئة بالثغرات، والذهب والبلاتين،
أسلوب توليف سريع للاتحاد الأفريقي و Pd أيروجيلس حزب العمال عن طريق الاختزال المباشر القائم على الحل
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Burpo, F. J., Nagelli, E. A.,More

Burpo, F. J., Nagelli, E. A., Morris, L. A., McClure, J. P., Ryu, M. Y., Palmer, J. L. A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction. J. Vis. Exp. (136), e57875, doi:10.3791/57875 (2018).

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