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Chemistry

Propiedades de superficie de carbono nanoporosos sintetizada y Matrices de sílice

Published: March 27, 2019 doi: 10.3791/58395
Automatic Translation
1, 1,2, 3, 3
1Faculty of Physics, Adam Mickiewicz University, 2NanoBioMedical Centre, 3Department of Physicochemistry of Solid Surface, Faculty of Chemistry, Maria Curie-Skłodowska University

Summary

Aquí divulgamos la síntesis y caracterización de carbón nanoporosa ordenada (con un tamaño de poro 4,6 nm) y SBA-15 (con un tamaño de poro 5.3 nm). El trabajo describe la superficie y propiedades texturales de tamices moleculares nanoporosos, su mojabilidad y el comportamiento de fusión de D2O en los materiales.

Abstract

En este trabajo se reporta la síntesis y caracterización de ordenaron a nanoporoso material de carbón (también llamado material de carbón mesoporoso ordenado [Mac]) con un tamaño de poro de nm 4,6 y matriz porosa de sílice ordenado, SBA-15, con un tamaño de poro 5.3 nm. Este trabajo describe las propiedades superficiales de tamices moleculares nanoporosos, su mojabilidad y el comportamiento de fusión de D2O confinados en los materiales porosos ordenados diferentemente con similares tamaños de poro. Para ello, OMC y SBA-15 con altamente ordenados nanoporosos estructuras son sintetizan mediante la impregnación de la matriz de sílice aplicando un precursor de carbono y por el método sol-gel, respectivamente. La estructura porosa de los sistemas investigados se caracteriza por un análisis de adsorción-desorción de N2 a 77 K. Para determinar el carácter electroquímico de la superficie de los materiales sintetizados, se llevan a cabo las medidas de valoración potenciométrica; los resultados obtenidos para Mac muestra un cambio depzc pH significativo hacia los valores más altos de pH, en comparación con SBA-15. Esto sugiere que la OMC investigado tiene propiedades superficiales relacionadas con grupos funcionales a base de oxígeno. Para describir las propiedades superficiales de los materiales, también se determinan los ángulos de contacto de líquidos penetrante las camas porosas estudiadas. El método de ascenso capilar ha confirmado la mayor humectabilidad de las paredes de sílice con respecto a las paredes de carbón y una influencia de la rugosidad de poro en las interacciones del líquido/de la pared, que es mucho más pronunciada para el sílice que para carbono mesoporos. También hemos estudiado el comportamiento de fusión de D2O confinado en OMC y SBA-15 aplicando el método dieléctrico. Los resultados muestran que la depresión de la temperatura de fusión de D2O en los poros de la OMC es unos 15 K más altos en relación con la depresión de la temperatura de fusión en SBA-15 poros con un tamaño comparable de nm 5. Esto es causado por la influencia de las interacciones adsorbato/adsorbente de las matrices estudiadas.

Introduction

En 1992, se obtuvieron materiales de silicona nanoporosa ordenada por primera vez, con una plantilla orgánica; desde entonces, un gran número de publicaciones relacionadas con diferentes aspectos de estas estructuras, métodos de síntesis, la investigación de sus propiedades, sus modificaciones, y diferentes aplicaciones han aparecido en la literatura1,2 ,3. El interés en SBA-15 nanoporosos sílice matriz4 es debido a su calidad único: un elevada área superficial amplia los poros con una distribución de tamaño de poro uniforme y buenas propiedades químicas y mecánicas. Materiales de sílice nanoporoso con poros cilíndricos, como SBA-155, se utilizan a menudo como una matriz porosa para catalizadores como eficientes catalizadores en las reacciones orgánicas6,7. El material puede sintetizarse con una amplia gama de métodos que pueden influir en sus características8,9,10. Por lo tanto, es crucial optimizar estos métodos para posibles aplicaciones en muchos campos: Dispositivos electroquímicos, nanotecnología, biología y medicina, sistemas de administración, la droga o en la adhesión y tribología. En el presente estudio, se presentan dos tipos diferentes de estructuras nanoporosos, matrices porosas es decir sílice y carbón. Para comparar sus propiedades, se sintetiza la matriz de SBA-15 utilizando el método de sol gel, y el material de carbono nanoporosa ordenada es preparado por la impregnación de la matriz resultante de sílice con un precursor de carbono.

Materiales de carbono poroso son importantes en muchas aplicaciones debido a su alta área superficial y sus propiedades fisicoquímicas únicas y bien definidas6,11,12. Típica preparación da lugar a materiales con porosidad distribuido al azar y una estructura desordenada; También hay una posibilidad limitada para el cambio de los parámetros generales del poro, y por lo tanto, las estructuras con las distribuciones de tamaño de poro relativamente amplio se obtienen13. Esta posibilidad se amplió para los materiales de carbono nanoporoso con una alta superficie y ordenó sistemas de interconectivos. Más predijeron geometría y un mayor control de los procesos fisicoquímicos dentro del espacio de poro son importantes en muchas aplicaciones: como catalizadores, sistemas de separación de los medios de comunicación, materiales electrónicos y nanoreactors en muchos campos científicos14 avanzados , 15.

Para obtener las réplicas de carbono porosos, los silicatos ordenados pueden actuar como una matriz sólida que precursores de carbono se introducen directamente. El método se puede dividir en varias etapas: la selección del material de sílice ordenado; la deposición de un precursor de carbono en una matriz de sílice; carbonización; entonces, la eliminación de la matriz de sílice. Diferentes tipos de materiales carbonosos pueden obtenerse por este método, pero no todos los materiales no porosos tienen una estructura ordenada. Un elemento importante del proceso es la selección de una matriz adecuada cuya interconectivos deben formar una estructura tridimensional estable16.

En este trabajo se investiga la influencia del tipo de las paredes del poro en las propiedades superficiales de matrices sintetizadas nanoporosos. Las propiedades superficiales del material de la OMC se reflejan en las propiedades superficiales de sílice analógico (SBA-15) de la OMC. Las propiedades texturales y estructurales de ambos tipos de materiales (OMC y SBA-15) son caracterizadas por mediciones de adsorción/desorción de baja temperatura N2 (a 77 K), microscopía electrónica de transmisión (TEM) y energía dispersiva por rayos x () análisis EDX).

Medida de adsorción/desorción de gas de baja temperatura es una de las técnicas más importantes en la caracterización de materiales porosos. Gas nitrógeno se utiliza como un adsorbato debido a su alta pureza y a la posibilidad de crear una interacción fuerte con adsorbentes sólidos. Importantes ventajas de esta técnica están fácil de usar equipo comercial y procedimientos de procesamiento de datos relativamente fáciles. La determinación de isotermas de adsorción/desorción de nitrógeno se basa en la acumulación de las moléculas del adsorbato a la superficie del adsorbente sólido a 77 K en una amplia gama de presión (P/P0). Se aplica el procedimiento para el cálculo de la distribución de tamaño de poro de isotermas de adsorción o desorción experimentales Barrett, Joyner y Halenda (BJH). Los supuestos más importantes del método BJH incluyen una superficie plana y una distribución uniforme del adsorbato a la superficie investigada. Sin embargo, esta teoría se basa en la ecuación de Kelvin y es la forma más ampliamente utilizada para el cálculo de la distribución de tamaño de poro en el rango de los mesoporos.

Para evaluar el carácter electroquímico de las muestras, se aplica un método de valoración potenciométrica. La química superficial del material depende de la carga de superficie relacionado con la presencia de heteroátomos o grupos funcionales en la superficie. Las características superficiales también son investigadas por análisis de ángulo de contacto. La humedad dentro de los poros proporciona información sobre las interacciones adsorbato-adsorbente. Se estudia la influencia de la rugosidad de la pared en la temperatura de fusión del agua en dos muestras con la técnica de espectroscopia (DRS) de relajación dieléctrica. Las mediciones de la constante dieléctrica permiten la investigación de fenómenos de fusión como la polarizabilidad del líquido y las fases sólidas son diferentes unos de otros. Un cambio en la pendiente de la dependencia de la temperatura de la capacitancia muestra que la fusión ocurre en el sistema.

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Protocol

1. preparación de los materiales de la OMC

  1. Síntesis de una matriz de sílice como precursor de la OMC
    1. Preparar 360 mL de 1.6 M HCl agregando 50 mL de HCl (36% - 38%) en un matraz de fondo redondo de 500 mL y, entonces, agregar 310 mL de agua ultrapura (resistividad de 18,2 MΩ·cm).
    2. A eso, añadir 10 g de PE 10500 polímero (6.500 g/mol).
    3. Coloque el matraz en un baño ultrasónico. La solución a 35 ° C de calor y revuelva hasta que el polímero sólido se haya disuelto completamente, haciendo una mezcla homogénea.
    4. Añadir 10 g de 1.3.5-trimetilbenceno al matraz y mezclar el contenido (a una velocidad de agitación de 220 rpm) manteniendo a 35 ° C en el baño de agua.
    5. Después de revolver por 30 min, añadir 34 g de Tetraetilo ortosilicato (TEOS) en el matraz. Añadir el TEOS lentamente y gota a gota con agitación constante. Asegúrese de que toma 10 minutos añadir 34 g de TEOS.
    6. Revolver la mezcla de la solución nuevamente por 20 h a la misma temperatura (35 ° C).
    7. Transferir el contenido del matraz a un cartucho de politetrafluoroetileno y colocarlo en el autoclave. Dejar la solución por 24 h a 90 ° C.
    8. Filtrar el precipitado resultante, utilizando un embudo Büchner y lavar con agua destilada, utilizando por lo menos 1 L.
    9. Secar el sólido obtenido a temperatura ambiente y aplicar un tratamiento térmico a la muestra a 500 º C, utilizando un horno de mufla en una atmósfera de aire durante 6 h.
  2. Impregnación de la matriz resultante de sílice, con un precursor de carbono
    1. Preparar soluciones de impregnación (IS1 y IS2) con proporciones adecuadas de agua, el ácido sulfúrico de 3 M (VI) y azúcar (glucosa), donde la glucosa desempeña el papel de precursor de carbono y el ácido sulfúrico actúa como catalizador.
      PRECAUCIÓN: El ácido sulfúrico es muy tóxico, causa quemaduras severas de la piel y daños oculares.
      1. Preparar IS1. Por cada gramo de silicona, mezclar 5 g de agua, 0,14 g de 3 M ácido sulfúrico (VI) y 1,25 g de azúcar.
      2. Preparar IS2. Por cada gramo de silicona, mezclar 5 g de agua, 0,08 g de 3 M ácido sulfúrico (VI) y 0.75 g de azúcar.
    2. Coloque el material de silicona (1 g) y la solución preparada IS1 del precursor de carbono y el catalizador en un matraz de 500 mL. Calienta la mezcla en un secador de vacío a 100 ° C por 6 h.
      Nota: En este paso, utilice sólo IS1. IS2 debe aplicarse en el siguiente paso.
    3. Añadir la IS2 a la mezcla en el vacío secador (a la solución con el precursor de carbono parcialmente carbonizado). Calienta la mezcla en el secador de vacío a 160 ° C por 12 h.
  3. Temple/carbonización
    1. Transferir el compuesto obtenido a un mortero para la fragmentación de las partículas más grandes y una homogeneización del material.
    2. Coloque el producto obtenido en el horno de flujo y calentar a 700 ° C (a una velocidad de calentamiento de 2,5 ° C/min) y al calor por 6 horas a esta temperatura. Calentar el material en una atmósfera de nitrógeno.
    3. Deje que la solución se enfríe antes de abrir el horno.
  4. Eliminación de la matriz de sílice por aguafuerte
    1. Preparar 100 mL de solución (ES) de la aguafuerte. Mezclar 50 mL de alcohol etílico de 95% y 50 mL de agua. Añadir 7 g de hidróxido de potasio y mezclar hasta que se disuelva.
    2. Todos obtuvieron material carbonizado (menos de 1 g) en un matraz de fondo redondo de 250 mL y añadir 100 mL de CE.
    3. Suministrar el sistema con un refrigerante de reflujo y agitador magnético y calor para hervir mientras se revuelve constantemente. Hervir la mezcla durante 1 hora.
    4. Transferir el material obtenido en el embudo de Büchner, lávelo con al menos 4 L de agua destilada y secar.

2. preparación de la matriz de sílice SBA-15

  1. Sintetizan una matriz de sílice.
    1. Preparar 150 mL de HCl M 1,6.
    2. Disolver 4 g de polímero PE 6400 (EO13PO70EO13) en 150 mL de solución ácida en un matraz de fondo redondo.
    3. Coloque el matraz en un baño ultrasónico. Calentar la solución a 40 ° C y agitar para que puede disolver el polímero (al menos por 30 min).
    4. Añadir lentamente 8,5 g de TEOS en el matraz, gota a gota, con agitación constante. Revolver la mezcla de la solución por 24 h a la misma temperatura (40 ° C).
    5. Transferir el contenido del matraz a un cartucho de politetrafluoroetileno. Deje la solución durante 24 h en un horno de 120 ° C.
    6. Filtrar el precipitado resultante, utilizando un embudo Büchner y lavarlo con agua destilada (por lo menos 1 L).
    7. Secar el sólido obtenido a temperatura ambiente y calcina por 6 horas a 600 ° C, utilizando un horno de mufla en una atmósfera de aire.

3. métodos de caracterización

  1. Mediciones de adsorción/desorción de nitrógeno de baja temperatura
    1. Utilice un analizador de absorción automática para obtener N2 isotermas de adsorción/desorción en 77 K.
    2. Utilice un tubo de vidrio apropiado para mediciones de absorción de nitrógeno. Antes de añadir la muestra porosa para el tubo de vidrio, limpie el tubo en una lavadora ultrasónica y enjuagar primero con agua destilada y, a continuación, con etanol anhidro.
    3. Calentar el tubo de vidrio a 150 ° C durante 3 horas y llenar el tubo con nitrógeno comprimido. Pesar el tubo de cristal vacío en las condiciones de nitrógeno antes de la medición para reducir al mínimo el error de peso.
    4. Colocar la muestra en el tubo de vidrio y pesa la masa total (masa de la muestra con el tubo de cristal).
    5. Antes de las mediciones, desgasificar la muestra. Coloque el tubo de vidrio con la muestra en el puerto de desgasificación del analizador de absorción. Aplicar las siguientes condiciones de proceso: una presión de al menos 0.01 mmHg, una temperatura de 423 K y una duración de 24 h. En el puerto de desgasificación, conectar la muestra al vacío y calentar hasta la temperatura establecida (423 K). Después de la desgasificación, la muestra se llenan de nitrógeno y traslado hacia el puerto de análisis.
  2. Microscopía electrónica de transmisión
    1. Utilizar el microscopio TEM con 120 kV (para SBA-15) y 200 kV (para el material de la OMC) aceleración voltajes para recoger las imágenes TEM de buena calidad.
    2. Para la preparación de una película monodispersa de la muestra, se dispersa la muestra (1 mg) en etanol (1 mL). Realice el procedimiento de dispersión en un tubo de microcentrífuga colocando en un baño ultrasónico durante 3 minutos.
    3. Colocar dos gotas de la dispersión en una cuadrícula TEM cobre utilizando una micropipeta. Transferir la rejilla TEM al microscopio TEM y comienza la proyección de imagen de TEM.
  3. Espectroscopia de rayos x dispersiva de energía
    1. Usar un microscopio equipado con un detector de rayos x para obtener un espectro de rayos x dispersivo de energía de las muestras.
    2. Aplique un voltaje de aceleración de 15 kV para el espectro de la cosecha. Seleccione el silicio como elemento de optimización para la SBA-15 y el carbono de la muestra de la OMC.
  4. Medición valoración potenciométrica
    1. Usar una bureta automática para realizar el experimento de valoración potenciométrica. Añadir el Titulador en porciones pequeñas y controladas (según el software de valoración y procedimiento). Proporcionar el incremento más pequeño, por lo menos 1 μL, un instrumento de dosificación automática.
    2. Dispersar a 0,1 g de la muestra en 30 mL de una solución electrolítica (agua solución de 0.1 M NaCl). Usar el agitador magnético y condiciones isotérmicas (293 ± 0,1 K) durante el proceso de dispersión.
    3. Añadir 1-2 mL del titulador (solución de NaOH de 0.1 M) a la suspensión.
      Nota: Realice el agregado en pequeñas alícuotas (cada aproximadamente 0,05 ml). La bureta automática el procedimiento debe proporcionar al menos una docena de puntos experimentales en el rango de pH de 1 a 14.
    4. Calcular la densidad superficial de carga Qs, utilizando la siguiente fórmula.
      Equation 1(1)
      Aquí,
      Δn = el cambio en H+/OH– equilibrio reducido por masa de la muestra;
      Sapuesta = la superficie de Brunauer-Emmett-Teller (BET) de estado sólido poroso;
      F = número de Faraday.
  5. Método de ascenso capilar para la medición de humedad
    1. Para determinar el ángulo de contacto dentro de los poros de las muestras estudiadas, utilice el método de ascenso capilar.
      Nota: Este método se basa en la medición del aumento de masa del líquido, que es penetrar el lecho poroso, como función del tiempo. La asunción principal de este método está basado en el hecho de que líquido penetrante está avanzando en la columna porosa y que esta columna consta de intergranulares capilares con un radio determinado promedio. Así, cada relación derivada para capilar solo es válida para la capa del polvo poroso. En un sola vertical capilar, el líquido humectante flota contra las fuerzas gravitatorias como resultado de la diferencia de presión entre el líquido y el vapor en los poros (presión capilar). En este sentido, la penetración del líquido en el lecho poroso permite la determinación del ángulo contacto avance dinámico dentro de los poros.
    2. Aplicar ecuación17,18, expresado como sigue de Washburn modificado.
      Equation 2(2)
      Aquí,
      m = masa de líquido medido;
      C = el parámetro geométrico depende de la distribución, forma y tamaño de los poros;
      Ρ = la densidad;
      Γl= la tensión de superficie;
      Η = viscosidad del líquido penetrante;
      Θ = el ángulo de contacto;
      t = tiempo.
    3. Utilizando la ecuación (2), calcular los valores de los ángulos de contacto avance dentro de los poros estudiados.
    4. Preparar el tensiómetro de la fuerza. Para polvo, use un tubo de vidrio con un diámetro de 3 mm y una cerámica sinterizada; para el líquido, use un recipiente con un diámetro de 22 mm y un volumen máximo de 10 mL.
    5. Medida 0,017 g de la muestra.
    6. Inicie el programa de ordenador conectado con el tensiómetro. Poner un recipiente con el líquido sobre una platina motorizada y suspender el tubo de vidrio con la muestra en una balanza electrónica.
    7. Arrancar el motor y acercarse al líquido en el recipiente con la muestra a una velocidad constante baja de 10 mm/min; Ajuste la profundidad de inmersión del tubo de muestra en el líquido igual a 1 mm.
    8. A partir de este momento, la dependencia m2 = f(t) registros en el programa de computadora.
    9. Detener el experimento cuando la dependencia m2 = f(t) empieza a mostrar la meseta característica.
    10. Busque precisión repitiendo este procedimiento 3 x - 5 x.
  6. Espectroscopía de relajación dieléctrica
    1. Para describir el comportamiento de fusión de agua confinado dentro de las matrices porosas estudiadas, realizar las mediciones de temperatura de la capacitancia eléctrica C de la muestra en un condensador de placas paralelas de acero inoxidable19, 20 , 21. para medir la capacitancia C como la función de la temperatura y la frecuencia del campo eléctrico aplicado cíclica, utilice un analizador de la impedancia.
      Nota: La compleja permitividad eléctrica se define como ε * = ε' + iε'', donde ε' = CC0 es real y ε'' = δ·ε tg'es una parte imaginaria de la permitividad, donde C0 es la capacitancia de la vacía condensador y tgδ son las pérdidas dieléctricas.
    2. Poner la muestra medida en el condensador de la placa.
    3. Seleccionar un rango de frecuencias de 100 Hz a 1 MHz y una temperatura de 140 K a 305 K. Control la tasa de temperatura cambia con el regulador de temperatura; establecer la tasa de temperatura como igual a 0,8 K/min durante el enfriamiento y K de 0,6/min durante el proceso de calentamiento.

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Representative Results

Para caracterizar la estructura porosa de las muestras investigadas de OMC y SBA-15, la adsorción-desorción de N2 isotermas se registraron en 77 K. El experimental N2 gas desorción adsorción isotermas de caracterizar los sistemas investigados, así como las distribuciones de tamaño de poro (PSD) obtenidas de los datos de adsorción y desorción, se presentan en la figura 1A-D. La posición de los puntos de inflexión en las isotermas de adsorción (figura 1A, C) indica la presión en la que se inicia el proceso del mesopore relleno. Esta información es necesaria para el cálculo del tamaño de poro medio y el PSD (figura 1B, D), según la ecuación de Kelvin.

Figura 2A -C presenta las imágenes TEM de la OMC. Figura 2D E presenta las imágenes TEM de la muestra de SBA-15. Las micrografías TEM obtenidas se utilizaron para evaluar la calidad de los materiales sintetizados y confirmar la estructura hexagonal de dos dimensiones. Una interpretación de las imágenes TEM permite una estimación de los tamaños de poro y una comparación de los valores con los datos obtenidos de las mediciones de absorción (figura 1).

La figura 3 muestra la distribución de densidad de carga superficial para materiales de carbón y sílice. Las propiedades de superficies e interfaces de soportes y matrices sólidas tienen un impacto crucial en las características de los materiales investigados y en los procesos fisicoquímicos y fenómenos en su superficie o en sus proximidades. Una investigación experimental de las propiedades de superficie, como las densidades de carga superficiales, parece ser apropiado y valioso para investigar cómo influyen en propiedades superficiales (presencia y tipo de grupos funcionales) el químico investigado y física fenómenos. En particular, las características de la superficie relacionada con la química superficial de los materiales de carbono dependen de la carga de la superficie definida por heteroátomos (como oxígeno o nitrógeno) e influencia la mojabilidad, adsorción propiedades, electroquímicas y funciones catalíticas y finalmente, comportamiento ácido-base e hidrofílico hidrofóbico. Un análisis de la posición del punto de cero carga en la escala de pH proporciona información sobre la acidez del sistema; menor pHpzc valor, más ácido es la muestra.

Figura 4A B muestra típica TEM-dispersiva por rayos x espectroscopia (EDS) espectros de energía para la muestra de la OMC que ilustra la interacción de los electrones incidentes con la muestra, que genera los rayos x con energías características de un número atómico de elementos. TEM-EDS es una poderosa herramienta para la determinación de la composición química. Figura 4 muestra los resultados de EDS para material SBA-15. El valor de la energía de la radiación característica de la muestra permite una identificación de los elementos contenidos en la muestra estudiada, mientras que la intensidad (la altura de los picos en el espectro) permite un análisis cualitativo de sus contenidos ( Figura 4).

Figura 5 representa los resultados de las mediciones de ángulos de contacto interior interconectivos de Mac (figura 5A) y SBA-15 (figura 5B), que se hace referencia a las wettabilities en el vidrio y el grafito pirolítico altamente orientado liso (HOPG) sustratos, respectivamente. Se utilizan un vidrio superficial idealmente suave silicona y grafito HOPG como una superficie de grafito suave. Se muestran los ángulos de contacto medidos en función del parámetro humectante microscópica αw para la sílice plana lisa, la superficie de grafito y los materiales nanoporosos áspera. Valores de αw para los líquidos en estos sustratos de sílice y grafito (figura 5A, B) se encuentra basado en la siguiente ecuación.

Equation 3(3)

Aquí,
Fwε, εff = las profundidades de la energía del potencial de Lennard-Jones;
Σfw = la longitud de la colisión el potencial de Lennard-Jones;
Ρw = número de átomos del sólido por unidad de volumen;
Δ = la distancia entre las capas de separación en el sustrato.

Estos valores son tomados de la literatura previamente publicada22,23,24. La medición de la humedad permite la caracterización de las interacciones adsorbato/adsorbente. Junto con la valoración potenciométrica y análisis EDX, la medición de la humedad proporciona una descripción completa de las propiedades superficiales de una muestra determinada. El contacto ángulo menor, cuanto mayor sea la humedad, que significa que la interacción de la molécula del líquido penetrante de la superficie estudiada es más fuerte (figura 5A, B).

La figura 6 muestra que la rugosidad fracciones f calculada a partir de la Cassie-Baxter modelo25 vs el parámetro humectante microscópicas para el carbón nanoporoso (Mac; Figura 6A) y la sílice (SBA-15; Figura 6B) matriz. Asumimos que la adherencia de soldadura en las superficies rugosas se produce según el mecanismo de Cassie-Baxter (es decir, la gota del líquido no penetra en las cavidades pero es en la parte superior las irregularidades [como se muestra en los bajorrelieves de la figura 5A, B ]). En este modelo, el ángulo de contacto sobre la áspera superficie θp se describe como:

cosθp = f(1 + cosθ) - 1 (4)

Aquí,
Θ = el valor del ángulo de contacto sobre un sustrato no poroso liso (vidrio);
f = es la fracción de la superficie porosa que está en contacto directo con la interfaz líquida.

Vale la pena evaluar la rugosidad fracciones f (ecuación 4) que actúa como un factor de corrección para la interpretación de las mediciones de ángulo de contacto de las moléculas del líquido con la superficie de la muestra en los poros.

Figura 7 se presentan los resultados de Espectroscopia dieléctrica para agua deuterado en las muestras estudiadas de la OMC (Figura 7A) y SBA-15 (figura 7B). Éstos ilustran las dependencias temperatura de capacidad eléctrica C para ambas muestras (Figura 7A, B). En el estado sólido de la sustancia polar, su polarización orientacional desaparece, y el constante dieléctrica ε es igual a n2, donde n es el índice de refracción de la sustancia. El fuerte incremento visible en las curvas de C-T indica las fusión las transiciones de fase que ocurren en el sistema. La temperatura del aumento anómalo de la función de C-T permite la determinación del punto de fusión del líquido a granel y el punto de fusión en los poros de la muestra estudiada.

Figure 1
Figura 1: Experimental N2 adsorción/desorción isoterma parcela 77 K y distribución de la porosidad por el método (BJH) Barrett, Joyner y Halenda7,26,27. De material de carbono nanoporoso (A y B) y ()C y D) sílice material SBA-15. Las isotermas de nitrógeno muestran lazos de histéresis característico, proporcionando una información sobre la forma y distribuciones de tamaño de los poros estudiados de los poros. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 2
Figura 2: imágenes TEM que ilustran la estructura de canales nanoporosa ordenada. (A - C) imágenes TEM de la nanoporosos de carbono a lo largo de la dirección (001) con diferentes aumentos. (D - E) la estructura de la SBA-15. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 3
Figura 3: resultados de la valoración potenciométrica para Mac y SBA-15 (dependencia del pH de la densidad de carga superficial). La dependencia de la densidad de carga superficial de pH muestra las diferencias en el carácter electroquímico de ambos materiales; el punto de pzc proporciona información sobre el número de sitios ácidos sobre la superficie de la muestra. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 4
Figura 4: ejemplos de espectros de TEM - EDS y análisis EDS. (A y B) los espectros EDS para la muestra de la OMC, grabado de dos diferentes áreas marcan en la imagen TEM. (C) EDS espectros y resultado de análisis cuantitativo de la muestra de SBA-15. Resultados cuantitativos del análisis EDS dan información sobre la presencia de elementos en los grupos funcionales responsables de la reactividad superficial; Esta es una técnica complementaria para la valoración potenciométrica. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 5
Figura 5: Ángulos de contacto vs el parámetro microscópica mojado medido dentro de las matrices porosas. (A) el nanoporosos carbono (Mac) y matriz de sílice (SBA-15) (B), que se hace referencia a como los ángulos de contacto contra la función de parámetro humectante microscópica sobre HOPG lisa y substratos de vidrio, respectivamente. La humedad dentro de los poros se refiere a la mojabilidad en superficies planas y proporciona alguna información acerca de la influencia de la rugosidad de poro en las interacciones adsorbato/adsorbente. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 6
Figura 6: Las fracciones de rugosidad f había calculada a partir de la Cassie-Baxter modelo vs el parámetro humectante microscópica. De carbono (A) el nanoporoso (Mac) y (B) matriz de sílice (SBA-15). Una aplicación del modelo de Cassie-Baxter de mojabilidad permite la interpretación de los ángulos de contacto en substratos porosos ásperos. Las fracciones f , calculadas a partir de este modelo describen el porcentaje de las contribuciones de la pared porosa que están en contacto directo con la superficie del líquido. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Figure 7
Figura 7: Dependencias de temperatura de la capacitancia eléctrica de D2O agua confinada dentro de la matriz porosa OMC y SBA-15. La OMC (A) y la matriz porosa de SBA-15 (B). La interpretación de la función de C-T permite la identificación de la temperatura de la transición de fase de D2O en los poros y en la mayor parte ocurre en el sistema estudiado. Un aumento en plomo de función C-T para el aumento de punto de fusión de ambos a granel agua y confinado el agua dentro de los poros. El valor de cambio de punto de fusión en los poros, en relación con la mayor parte depende de las interacciones moleculares host/guest. Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.

Muestra Área superficial (SBET)una  Volumen del poro Distribución de tamaño de poro
(m2/g) (cm3/g) (nm)
STotal Smicrob VTotalc Vmicrófonob Dhd Dmo (NLDFT)e Dmo(BJH)f
OMC 757 23 0.87 0.006 4.6 0.4 3.9
SBA-15 460 16 0.6 0.004 5.3 * 5.5

Tabla 1: valores de parámetros texturales que describe una estructura porosa de carbón nanoporosa ordenada y SBA-15 sílice calculan a partir de N 2 isotermas de sorción. un Área superficial BET calculado usando puntos experimentales en la presión relativa (P/P0) 0.035 - 0.31, donde P y P0 se indican que la presión de equilibrio y la saturación de nitrógeno. b Superficie y volumen de microporos calculado por el método t-parcela con un espesor estadístico ajustado en el rango de 3.56 a 4.86 los poros Å. calcula volumen de poro Total cpor 0,0015468 x la cantidad de nitrógeno fijado por adsorción en P/P0 = 0.99. d Poro hidráulico diámetros calculados a partir de la apuesta de áreas de la superficie y poros volúmenes según la ecuación: Dh = 4V/S. e El diámetro estimado de máximo PSD de la teoría de funcionales de densidad no locales (NLDFT). Se realizaron cálculos NLDFT usando una regularización no negativa de 0.001 y la geometría cilíndrica de poros como un modelo de porosidad de carbón. f El diámetro de poro estimado por el método BJH (los mismos resultados para los datos de adsorción y desorción). * La falta de valores de diámetros de poro de SBA-15 se calcula por el método NLDFT. 

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Discussion

Los pasos críticos durante la preparación del material de carbón mesoporoso ordenado incluyen la preparación de los materiales de sílice mesoporoso ordenado como la plantilla con las características estructurales bien definidas que afectan las propiedades de los materiales finales y un paso de recocido/carbonización en atmósfera de nitrógeno. La modificación del método típico de preparación de los mesoporosos ordenados Silicatos con poros cilíndricos28 preocupaciones la aplicación de un agente de dirección de estructura atípica que es polímero de PE10500, para la mejora de la estructural propiedades del material. La estructura porosa tridimensional, interconectada y estable de la plantilla es necesaria para la preparación de los materiales de carbón mesoporoso. Por otra parte, una desventaja clave de la preparación es requisito esencial del tratamiento de muestra para la eliminación de la plantilla. Las propiedades de los productos químicos utilizados en este paso pueden afectar la superficie de carbono y su funcionalidad. Según la estrategia presentada, la preparación de la reproducción negativa de Mac se basa en la plantilla sólidos mesoporosos ordenados. El control de tamaño de poro y ordenamiento simétrico simplemente se determinan utilizando la plantilla de silicona y no están asociados con la interacción entre el precursor de carbono y la plantilla. El potencial de la OMC para los varios sistemas electroquímicos se ha indicado en la literatura29,30. El mecanismo de impregnación presentado en este trabajo es responsable del proceso fácil precisamente replicar la estructura negativa de la plantilla de silicona. La naturaleza del procedimiento dura plantilla asegura que los fenómenos de la pirolisis causan menos daños en la estructura regular y ordenada. Además, este método permite una grafitización más fácil de los materiales OMC formado dentro de la plantilla sólida.

El isoterma de adsorción/desorción de2 N experimental (figura 1A, C) se utilizó para obtener información preliminar acerca del tipo y tamaño de la porosidad. Claramente se confirmó el carácter nanoporosos de la materia. Un pequeño aumento en la cantidad de nitrógeno fijado por adsorción en la fase inicial del proceso (en el rango de presión relativa por debajo de 0.03) y su aumento significativo en el rango mayor de presión relativa (especialmente en el rango de los mesoporos) indica la existencia de un número significativo de mesoporos y la falta, o un número muy pequeño de microporos. Las isotermas de adsorción-desorción obtenidas para este material son típicas de tipo IV (IUPAC clasificación31), que es un reflejo correcto del sistema de canales mesoporosos de carbono con una etapa de fuerte condensación capilar en el pariente intermedio presión (0,45 - 0,9 P/P0). La posición de la etapa de condensación capilar corresponde a la medida primaria de mesoporos (sobre 4-5 nm). La muestra investigada carbono exhibe también una alta superficie específica (757 m2·g-1) y un volumen de poro significativo (0,87 cm3·g-1).

Los pasos críticos durante las mediciones de adsorción/desorción de nitrógeno son el paso de determinación de muestra masa muy precisa y suficientemente desgasifica el paso. El procedimiento de medición se realizó según las directrices adecuadas. A pesar de que la determinación de la superficie y la distribución de tamaño de poro se basa en las mediciones de la fisisorción, la interpretación de las isotermas experimentales no siempre es directa.

Durante el cómputo de la distribución del tamaño de los mesoporos, por aplicación de la ecuación de Kelvin modificada (que es la base de la teoría), es necesario aceptar la asunción de los poros rígidos de forma bien definida. Además, el rango de validez de la ecuación de Kelvin y la interpretación de los lazos de histéresis en las isotermas siguen siendo problemas no resueltos. La posibilidad de facilitación se relaciona con la aplicación de métodos empíricos de análisis del isoterma (p. ej.,la αs-método29,30,31,32, 33,34). Sin embargo, este modo requiere el uso de los datos de adsorción obtenidos con materiales de referencia no poroso.

Figura 1B D presenta las distribuciones de tamaño de los mesoporos de muestras estudiadas (PSD). La asunción de la teoría BJH permite la determinación de la distribución del tamaño de los mesoporos. La curva PSD presentada en la figura 1B sugiere que la muestra de carbón contenido mesoporos de los tamaños de 3.5-4 nm, mientras que la SBA-15 poseyó los poros con un diámetro de aproximadamente 5 nm (ver figura 1). Curiosamente, para la muestra de la OMC, calcularon los máximos de las curvas de distribución de tamaño de poros de adsorción y desorción de datos son muy similares. Como acuerdo exacto entre los resultados, teniendo en cuenta los diferentes mecanismos de los fenómenos de adsorción y desorción, evidencia de una naturaleza muy ordenada y uniforme del material. Las propiedades texturales determinadas isotermas experimentales se resumen en la tabla 1.

Las propiedades de la estructura porosa de red basados en el análisis físico de adsorción/desorción son fundamentales para la caracterización de nanopolvos y nanomateriales. Métodos de adsorción/desorción de nitrógeno pueden considerarse como la primera etapa de la caracterización de sólidos microporosos y mesoporosos. El método es, en general, aplicable a muestras de todas las clases de cuerpos porosos o materiales y permite una valoración de las estructuras porosas sobre la base de las formas de isotermas y lazos de histéresis de la medida experimental. La adsorción/desorción de nitrógeno junto a los otros métodos de determinación de la estructura porosa (intrusión líquido35 y luz, rayos x y neutrones dispersión36,37 y microscopia32) es el más importante y técnica útil debido a la amplia aplicabilidad y comparabilidad mutua de los resultados.

El nitrógeno es una molécula de gas adsorción estándar para la caracterización de poro por método de adsorción de gas. Es posible utilizar otros tipos de moléculas (dióxido de carbono, kriptón, argón) para la obtención de nueva información sobre la muestra y para la caracterización de materiales microporosos.

Los micrográfos de TEM de investigados OMC y SBA-15 las muestras se presentan en la figura 2. Confirmó un sistema altamente ordenado de mesoporos, que consta de canales porosos paralela y muy similares y una estructura en forma de carbono con el poro tamaño ~ 11 nm (figura 2A-C). Imágenes TEM de la OMC confirmaron una simetría hexagonal de los poros como resultado de la réplica inversa del precursor de sílice nanoporoso inicial y un diámetro de poro entre las barras de 4.0 nm. El SBA-15 se muestra la estructura hexagonal ordenada bidimensional de los mesoporos; la estructura bien ordenada de SBA-15 se observa en ambas proyecciones, junto con los canales nanoporosos y perpendicular a ellas (Figura 2D, E). Estas observaciones están en buen acuerdo con los valores obtenidos de los datos de adsorción de nitrógeno experimental (ver tabla 1). Microscopía electrónica de transmisión es capaz de proporcionar imágenes a una resolución mayor que la microscopia ligera debido a la menor longitud de onda de Broglie de los electrones. Esto nos permite captar los detalles miles de veces más pequeños que un objeto puede ser resuelto en un microscopio de luz. En este método, la imagen proviene de la interacción de los electrones con la muestra cuando la viga se transmite a lo largo de la muestra. Por lo tanto, una de las limitaciones del método es que la muestra debe ser una película ultrafina de menos de 100 nm de espesor o una suspensión aplicada en una rejilla. TEM puede mejorarse en el microscopio electrónico de transmisión barrido (STEM). Debería ser posible por una adición de un sistema combinado con detectores adecuados, que trama el haz a través de la muestra para formar la imagen.

El pH del punto de cero cargo de Mac (es decir, el valor de pH por debajo del cual se carga positivamente la superficie de las partículas de carbón) fue encontrado para estar por encima de pH = 10 (figura 3). Para la comparación, el pH de la carga del punto de cero del material SBA-15 es igual a aproximadamente 4.5. Resultados de la valoración potenciométrica de material SBA-15 muestran un cambio de pHpzc hacia valores más bajos de pH, evidenciando la existencia de algunos centros de ácido en la superficie de la SBA-15. Los sitios cargados negativamente aumentan las interacciones de Van der Waals entre las moléculas de adsorbato/adsorbente en la matriz de la SBA-15, mejorando las propiedades de adsorción de la matriz de sílice.

Los pasos críticos durante la medición de la valoración potenciométrica incluyen la adición muy precisa de la titulación a la suspensión y la continuidad de la agitación. El procedimiento de valoración potenciométrica era completamente automatizado para garantizar los resultados más fiables. Otro paso importante y único fue la aplicación de software especial para el control de cálculos y condiciones experimentales. La limitación de este método es el paso de la calibración del electrodo de pH y la necesidad de garantizar un ambiente estable (por ejemplo, nitrógeno) y la temperatura. Valoración potenciométrica puede catalogarse como un procedimiento de valoración ácido/base. Esta técnica requiere medidas del cambio de voltaje a pasos de adición del titrant. Es una técnica adaptable, asequible y altamente precisa para lograr alta pureza, que es esencial en muchos campos, particularmente en productos farmacéuticos y estudios de materiales funcionales. De hecho, hay un número de tipos de valoraciones potenciométricas. Por ejemplo, existen técnicas de ácido-base, redox, precipitación y complexométricas. Como valoraciones potenciométricas pueden realizarse automáticamente, asegura una mayor capacidad para la caracterización de la muestra.

El pzc es determinada como la intersección de la curva de titulación de electrolitos y la curva de titulación para material de carbón, así como la intersección de la curva de densidad superficial de carga con el eje. El resultado sugiere que investigó, ordenó a nanoporoso material carbono tiene propiedades básicas relacionadas con la presencia de grupos funcionales de oxígeno (-OH terminal grupos cetónicos, pyronic sistemas de anillo, chromenic y π-electrón)38,39 ,40,41. Las propiedades básicas de la superficie de carbono pueden ser el resultado de un tratamiento térmico que causa la destrucción progresiva y eliminación de grupos funcionales de oxígeno ácido (por ejemplo carboxyls, lactonas y fenoles) y, por tanto, enriquece la superficie de carbono en basic grupos funcionales42. La presencia de estos sitios básicos es una consecuencia de la disminución simultánea del número de sitios ácidos y una reducción del contenido de oxígeno asociado directamente con la acidez. El contenido de oxígeno se verificó por el TEM-EDS.

Imágenes de espectros de TEM-EDS de la superficie de la OMC de dos áreas diferentes de la muestra se muestran en la Figura 4A, B. Átomos de oxígeno y silicio de la superficie de la OMC fueron detectados a pesar de la cantidad predominante de carbono. El atómico y el porcentaje de peso de los elementos, como inserciones y obtenidas de diferentes áreas de las muestras, son similares e indican aproximadamente 98% está compuesto de carbono y sólo un poco más del 1% de la composición es atribuible al oxígeno. Microanálisis EDS pueden sugerir que el carácter básico de la superficie de la OMC se asocia con muy bajo número de grupos funcionales que contienen oxígeno, que por lo general tiene funcionalidad ácida. Por otra parte, los grupos funcionales básicos puede ser responsables por el crecimiento de la hidrofilicidad de los materiales de carbono. Un espectro EDS de la matriz de sílice confirma la contribución principal de la abundancia de oxígeno y silicio en la SBA-15 (figura 4). EDX es una de las técnicas que determinan la composición atómica de la muestra. No da información química (p. ej., estado de oxidación, enlaces químicos), como un método XPS. Para el análisis cuantitativo, EDX no es conveniente para elementos ligeros (e.g.,like oxígeno) ya que sólo pueden detectar la presencia de oxígeno pero no se puede cuantificarlo. Este método sólo funciona en la superficie de capas delgadas (de unas pocas micras o menos) y es muy sensible a la contaminación en la muestra.

En la figura 5 A, B los resultados de contacto ángulo de mediciones para varios líquidos en sílice y substratos de carbón se presentan; podemos ver que los sistemas revelan una amplia gama de wettabilities. Dos de los sustratos aplicados son lisos y planos, a saber, el sílice y carbono superficies, mientras que otros muestran rugosidad y contienen mesoporos. Se presentan los ángulos de contacto medidos contrael parámetro humectante microscópica, αw. Este parámetro es la relación entre las interacciones intermoleculares pared líquido poro a las interacciones de dos moléculas de líquido22,23,24. Por lo tanto, mide las propiedades de adherencia de soldadura en el nano - y macroscales. El parámetro αw aparece ser una función monotónica del ángulo de contacto. Según las mediciones, los valores de ángulos de contacto de las superficies con roughnessare superior a las de las superficies planas lisas, independientemente del tipo de los líquidos estudiados, incluyendo nonwetting andwell humectantes líquidos.

Estos resultados sugieren el mecanismo de Cassie-Baxter de mojabilidad en superficies nanorough de paredes porosas. Además, los ángulos de contacto medición para varios líquidos dentro de sílice y carbono interconectivos indican mejor humectabilidad de las paredes de sílice que las paredes de carbón, y la influencia de la rugosidad de poro en las interacciones del líquido/de la pared es más pronunciada para el sílice que de carbono interconectivos. El método de ascenso capilar se utiliza para determinar los ángulos de contacto y mojabilidad de las partículas pequeñas en los polvos. Para un sustrato plano sólido, muchas técnicas, como el método de la gota sésil y método de la placa de Wilhelmy, pueden aplicarse para las mediciones de ángulo de contacto. El uso del método de ascenso capilar supone la satisfacción de cuatro condiciones durante el proceso (es decir, la ecuación de Washburn se deriva en base a estos cuatro supuestos): (1) un flujo laminar constante, (2) la ausencia de una presión externa, (3) despreciable fuerza de la gravedad y (4) no se mueve el líquido en la interfase sólido-líquido. La presión hidrostática es mucho menor que la presión capilar; por lo tanto, la presión capilar hace que el líquido a elevarse hacia arriba a lo largo del tubo. Los estudios de humectabilidad de las partículas pequeñas siempre deben tomar en cuenta la precisión y la reproducibilidad de los resultados.

Tomeasure con precisión el ángulo de contacto de las partículas pequeñas, los incrementos de presión y los efectos hidrostáticos debe tenerse en cuenta en la ecuación de Washburn para describir con mayor precisión la relación entre el incremento de la presión y el tiempo.

En la figura 6A, B, se presenta la fracción f (describir la parte de una superficie porosa que está en contacto directo con la interfaz líquida), definida como f = (1 + cosθp) / (1 + cosθ). Toma los valores de la gama de 0.73 (H2O) a 0.92 (OMCTS) para la matriz de sílice y de la gama de 0,82 (H2O) a 0,93 (OMCTS) para la matriz de carbono. Por otra parte, la fracción f aumenta monótonamente con el parámetro αw cada vez más, que confirma el modelo de Cassie-Baxter de adherencia de soldadura en sustratos ásperos.

Estos resultados, discutidos en el marco del modelo de Cassie-Baxter, muestran que para nanosurfaces, la influencia de microrrugosidades significativamente afecta a cambios en las interacciones líquido-pared.

Para investigar la influencia del carácter de las superficies porosas de los efectos de confinamiento de D2O en SBA-15 y Mac matrices con un tamaño de poro similar de 5 nm, el método dieléctrico fue utilizado. Los resultados de la capacidad eléctrica de agua colocado en OMC y SBA-15 al calentar, como se presenta en la Figura 7A y 7B figura, respectivamente, indican que la dependencia de la temperatura de la capacitancia C muestra un fuerte incremento en T = 260 K, corresponde a la fusión de adsorbido D2O dentro de los poros de la SBA-15 y t = 246,1 K, que se refiere a la fusión de agua adsorbido dentro de los poros de la OMC. Para ambos sistemas, se observa un aumento en la función C(T) en T = 276,5 K, que se refiere el punto de fusión del agua a granel deuterado. Las señales observadas se relacionan con la mayor parte y el líquido confinado porque las muestras se estudian como suspensión en matrices porosas rellenas con siendo líquido en exceso. Comparado con el de la mayor parte, la temperatura de fusión de D2O en SBA-15 poros es presionada por ΔT = Tm, poro− Tm, a granel 16.5 = K, mientras que para Mac, ΔT = k-30.4.

Estos resultados provienen de diversas estructuras de la pared del poro. La temperatura de fusión en el poros Tm, poro depende de dos variables, es decir, el tamaño del poro H y el parámetro humectabilidad αw. Para valores pequeños de αw (αw < 1), se espera que la depresión de Tm, poro . Si el poro ancho H es lo mismo, el cambio en el valor αw del sistema afecta el cambio en Tm, poro. Los resultados de la humectabilidad en poros muestran que el valor αw en ambos sistemas estudiados disminuye debido a los efectos de la rugosidad relativa de la superficie lisa. El trabajo de mojabilidad inmerso en los poros Ne = γlcosθp es mucho menor para D2O en la OMC (We = 4,2432 [mN/m]) que en SBA-15 (We = 20.968 [mN/m]), que conduce a una alta depresión del punto de fusión en este sistema, en relación a la D2O en el sistema de SBA-15.

Los resultados obtenidos indican una mejora en los efectos de la adhesión en la pared de sílice porosa, en relación con los de la pared de carbono. Este método tiene algunas limitaciones cuando se aplica a las muestras estudiadas. Uno de ellos viene del hecho de que el registro de la función C(T) contiene la señal del líquido a granel y el líquido en los poros. Por lo tanto, la señal del líquido confinado no polar es débil, y es difícil determinar la temperatura de fusión. En el futuro, vale la pena combinar algunos métodos adicionales junto con él. (p. ej., diferencial calorimetría en una tasa de calentamiento lenta o centrifugando la muestra para obtener una muestra concentrada sin líquido). Por otra parte, para las muestras conductoras, es necesario utilizar una placa de politetrafluoroetileno. Una ventaja del método de Espectroscopia dieléctrica es el hecho de que el método se utiliza mucho, en muchas áreas de investigación, como las transiciones de cristal y movimientos moleculares de escala de tiempo, cuando la longitud del tiempo es en las decenas de femtosegundos a nanosegundos. Por lo tanto, es importante proporcionar las frecuencias que van desde megahertz a terahertz. En casos como la descomposición de los espectros obtenidos o la interpretación y análisis cuantitativo de los resultados, la técnica se asemeja a espectroscopías más común. Sin embargo, el método dieléctrico investiga las fluctuaciones colectivas de moléculas con un momento de dipolo permanente (líquidos polares). Por ejemplo, espectroscopia infrarroja proporciona información complementaria adicional, aunque la sensibilidad en la dirección de los modos colectivos puede impedir la interpretación de espectros dieléctricos.

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Disclosures

Los autores no tienen nada que revelar.

Acknowledgments

Los autores desean agradecer el Centro Nacional de ciencia para proporcionar apoyo financiero a grant no. DEC-2013/09/B/ST4/03711 y UMO-2016/22/ST4/00092. Los autores también agradecemos el apoyo parcial del programa operativo de Polonia Capital humano PO KL 4.1.1, así como el Centro Nacional de investigación y desarrollo, bajo investigación subsidio no. PBS1 A9/13/2012. Los autores Agradecemos especialmente por Prof. L. Hołysz de la división de fenómenos Interfacial, Facultad de química, Universidad del Curie-Skłodowska de Maria, Lublin, Polonia, por su bondad y que permite las mediciones de la humectabilidad en la SBA-15 interconectivos.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
1,3,5-trimethylbenzene Sigma-Aldrich, Poland M7200 Sigma-Aldrich Mesitylene, also known as 1,3,5-trimethylbenzene, reagent grade, assay: 98%.
anhydrous ethanol POCH, Avantor Performance Materials Poland S.A. 396480111 Assay, min. 99.8 %, analysis-pur (a.p.)
ASAP 2020. Accelerated Surface Area and Porosimetry System Micromeritics Instrument Corporation, Norcross, GA, USA Samples were outgassed before analysis at 120 oC for 24 hours in degas port of analyzer. The dead space volume was measured for calibration on experimental measurement using helium as a adsorbate.
Automatic burette Dosimat 665 Metrohm, Switzerland The surface charge properties were experimentally determined by potentiometric titration of the suspension at constant temperature 20°C maintained by the thermostatic device. Prior to potentiometric titration measurements, the solid samples were dried by 24 hours at 120 oC. The initial pH was established by addition of 0.3 cm3 of 0.2 mol/L HCl. T The 0.1 mol/L NaOH solution was used as a titrant, added gradually by using automatic burette.
Digital pH-meter pHm-240 Radiometer, Copenhagen Device coupled with automatic burette
ethyl alcohol POCH, Avantor Performance Materials Poland S.A. 396420420 Assay, min. 96 %.analysis-pur (a.p.)
glucose POCH, Avantor Performance Materials Poland S.A. 459560448 assay 99.5%
Hydrochloric acid POCH, Avantor Performance Materials Poland S.A. 575283115 Hydrochloric acid, 35 - 38% analysis-pur (a.p.)
HOPG graphite substrate Spi Supplies LOT#1170906 HOPG SPI-2 Grade, 20x20x1 mm
Impedance analyzer Solartron 1260 Solartron
Pluronic PE 6400 polymer BASF (Polska) (EO13PO70EO13)
Pluronic PE10500 BASF Canada Inc. Molar mass 6500 g/mol
potassium hydroxide Sigma-Aldrich, Poland P5958 Sigma-Aldrich BioXtra, ≥85% KOH basis
SEM microscope JEOL JSM-7001F Scanning Electron Microscope with EDS detector
Sigma Force Tensiometer 701 KSV, Sigma701, Biolin Scientific force tensiometer
Sulfuric acid (VI) POCH, Avantor Performance Materials Poland S.A. 575000115
surface glass type KS 324 Kavalier Megan Poland 80 % of SiO2 , 11% of Na2O and 9% of CaO
Tecnai G2 T20 X-TWIN FEI, USA Transmission Electron Microscope with EDX detector.
TEM microscope JEOL JEM-1400
temperature controller ITC503 Oxford Instruments
Tetraethylorthosilicate Sigma-Aldrich, Poland 131903 Tetraethyl silicate, TEOS, reagent grade, assay 98%
Ultrapure water Millipore, Merck KGaA, Darmstadt, Germany SIMSV0001 Simplicity Water Purification SystemUltrapure Water: 18.2 MegOhm·cm, TOC: <5 ppb

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Química número 145 nanoporosos carbones modelo de Cassie-Baxter mojabilidad modificado ecuación de Washburn parámetro humectante microscópica isotermas de adsorción/desorción de nitrógeno valoración potenciométrica acidez
Propiedades de superficie de carbono nanoporosos sintetizada y Matrices de sílice
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Sterczyńska, A., Śliwińska-Bartkowiak, M., Zienkiewicz-Strzałka, M., Deryło-Marczewska, A. Surface Properties of Synthesized Nanoporous Carbon and Silica Matrices. J. Vis. Exp. (145), e58395, doi:10.3791/58395 (2019).

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