Waiting
Login processing...

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

Chemistry

الملح المنصهر توليف أكسيد المعدن معقدة جسيمات نانوية

Published: October 27, 2018 doi: 10.3791/58482
Automatic Translation
1, 1, 1,2, 1,3
1Department of Chemistry, University of Texas Rio Grande Valley, 2Radiochemistry Division, Bhabha Atomic Research Centre, 3School of Earth, Environmental, and Marine Sciences, University of Texas Rio Grande Valley

Summary

هنا، علينا أن نظهر أسلوب توليف فريدة من نوعها، ودرجة حرارة منخفضة نسبيا، والملح المنصهر لإعداد جسيمات نانوية هافناتي لانثانوم أكسيد المعدن مجمع موحد.

Abstract

تطوير أساليب توليف عمليا أمر حاسم لنجاح الاستكشاف من خصائص الرواية والتطبيقات المحتملة للمواد النانوية. هنا، نحن نقدم طريقة التوليف الملح المنصهر (MSS) لصنع المواد النانوية أكسيد المعدن. وتشمل مزايا أكثر من غيرها من الأساليب بساطته، الخضرة، والموثوقية، والتدرجية، وجينيراليزابيليتي. استخدام والبيروكلور لانثانوم أكسيد الهافنيوم (Hf2س7من لوس أنجليس2) كممثل، يصف لنا البروتوكول MSS للتوليف الناجحة من جسيمات نانوية معقدة أكسيد المعدن (NPs). وعلاوة على ذلك، هذا الأسلوب لديه قدرة فريدة على إنتاج مصادر الطاقة النووية مع ميزات مادية مختلفة عن طريق تغيير معلمات توليف مختلف مثل درجة الحموضة ودرجة الحرارة والمدة وبعد الصلب. بصقل هذه المعلمات، نحن قادرون على توليف NPs موحدة جداً وغير تجمعت والبلورية العالية. وكمثال محدد، نحن تختلف حجم الجسيمات من لوس أنجليس2Hf2س7 مصادر القدرة النووية عن طريق تغيير تركيز حل هيدروكسيد الأمونيوم المستخدمة في عملية MSS، مما يسمح لنا بمواصلة استكشاف تأثير حجم الجسيمات في مختلف خصائص. ومن المتوقع أن يصبح الأسلوب MSS أسلوب توليف أكثر شعبية للمواد النانوية وأكثر تستخدم على نطاق واسع في علم وتكنولوجيا النانو في المجتمع في السنوات القادمة.

Introduction

توليف الملح المنصهر (MSS) ينطوي على استخدام الملح المنصهر كوسيلة رد فعل لإعداد المواد النانوية من سلائفها المكونة لها. الملح المنصهر بمثابة المذيب ويسهل معدل التفاعل المعزز بزيادة منطقة الاتصال بين كواشف مختبر وقدرتهم على الحركة. اختيار الأملاح المنصهرة من الأهمية بالنسبة لنجاح أسلوب MSS. الملح يجب تلبية بعض متطلبات الجودة الهامة مثل نقطة انصهار منخفضة، والتوافق مع الأنواع في رد الفعل، وقابلية الذوبان مائي الأمثل. وقد استخدمت الملح المنصهر سابقا لتعزيز معدل تفاعلات الحالة الصلبة؛ ومع ذلك، في نظام التمويه، يستخدم فقط كمية صغيرة من الملح المنصهر (خلافا في MSS، الذي يتم إضافة كمية كبيرة تشكل وسيلة قابلة لذوبان لرد الفعل والتحكم في خصائص المواد متناهية الصغر تجميعي، مثل حجم الجسيمات، والشكل، وكريستالينيتي ، إلخ). وبهذا المعني، MSS تعديل أسلوب مسحوق المعادن ويختلف أسلوب التمويه1،2،3. توظيف يمكن الملح المنصهر (1) زيادة رد فعل معدل الحركية4 بينما تتناقص توليف درجة الحرارة5، (2) زيادة درجة تجانس مادة التفاعل6، (3) مراقبة حجم بلورية ومورفولوجيا7، و (4) خفض مستوى التكتل.

المواد النانوية قد في ارتفاع الطلب في البحوث العلمية والتطبيقات الصناعية الرواية بسبب ما الكيميائية الكهربائية، متفوقة والمغناطيسية، الخصائص البصرية والإلكترونية، والحرارية. خصائصها تعتمد اعتماداً كبيرا على حجم الجسيمات، والشكل، وكريستالينيتي. بالمقارنة مع غيرها من أساليب توليف للمواد النانوية، MSS له العديد من المزايا الواضحة؛ وعلى الرغم من أنه ليس بعد معروفة كسائر أساليب التوليف في علم وتكنولوجيا النانو في المجتمع. كما هو موضح أدناه، تشمل هذه المزايا البساطة والموثوقية، قابلية، جينيراليزابيليتي، الملاءمة البيئية، والفعالية من حيث التكلفة، حرارة توليف انخفاض نسبي، والتكتل الحر مصادر القدرة النووية مع سطح نظيف8.

البساطة: عملية MSS يمكن بسهولة يتم في مختبر بسيط بالمرافق الأساسية. هناك حاجة إلى لا أجهزة متطورة. السلائف والأملاح المنصهرة هي الجوية مستقرة مع عدم الحاجة إلى معالجة مربع القفازات.

الموثوقية: حالما يتم تحسين كافة معلمات التوليف الأولية مثل تركيز الأس الهيدروجيني والوقت اللازم للتجهيز، والصلب درجة الحرارة، منتجات عالية الجودة ونقية مضمونة عند استخدام الأسلوب MSS. المنتجات النهائية إذا وتنفذ جميع توليف الخطوات بشكل صحيح، قد تحقيق كافة المعايير الأساسية المطلوبة لمصادر القدرة النووية ذات النوعية الجيدة. مبتدئ إلى الأسلوب MSS لن تغير نتائج التوليف، طالما يتم اتباع جميع توليف معلمات بشكل صحيح ودقيق.

التدرجية: الأسلوب MSS القدرة على إنتاج كميات كبيرة من الجزيئات التي تسيطر على حجم وشكل أمر حاسم. المهم هذا عاملاً حاسما لأنه يسمح لتحديد جدوى صناعية والكفاءة. بالمقارنة مع غيرها من تقنيات التوليف، MSS يمكن بسهولة توليد كمية كافية من المنتجات عن طريق ضبط كميات المقايسة أثناء العملية. هذا سمة هامة من الأسلوب لأنه يسمح للراحة على الصعيد الصناعي، مما يجعل من اتباع نهج أكثر من المطلوب بسبب هذا التوسع9،10.

جينيراليزابيليتي: طريقة MSS أيضا أسلوب التعميم لإنتاج جسيمات نانوية مع التراكيب المختلفة. بخلاف أكاسيد معدنية بسيطة وبعض الفلوريد، تشمل المواد النانوية أكاسيد معدنية المعقدة التي قد تم تصنيعه بنجاح بواسطة الأسلوب MSS11،بيروفسكيتيس (أبو3)10،12، 13،14، الاسبنيل (AB2س4)15،16،، والبيروكلور (2ب2س7)4،،من1718 19، وهياكل orthorhombic (2ب4س9)2،3،20. وبشكل أكثر تحديداً، تشمل هذه المواد النانوية فيريتيس، تيتاناتيس، نيوباتيس، موليتي، بورات الألومنيوم، ولستنت، والاباتيت الغازية7،9،21. كما استخدمت الأسلوب MSS لإنتاج المواد النانوية من مختلف مورفولوجيس مثل نانوسفيريس4والسيراميك مسحوق الهيئات22، نانوفلاكيس23، نانوبلاتيس7، نانورودس24وشل الأساسية جسيمات نانوية (NPs)25، تبعاً لظروف التوليف والتركيب البلوري للمنتجات.

الملاءمة البيئية: العديد من الأساليب التقليدية لصنع المواد النانوية تنطوي على استخدام كميات كبيرة من المذيبات العضوية والمواد السامة التي تولد القضايا البيئية. القضاء الجزئي أو الكلي لاستخدامها، وتوليد النفايات من العمليات المستدامة في الطلب للكيمياء الخضراء في الوقت الحاضر8. والأسلوب MSS نهج صديقة للبيئة لتجميع المواد النانوية باستخدام المواد الكيميائية والمتجددة غير سام والتقليل من النفايات والمنتجات الثانوية، والطاقة.

توليف انخفاض نسبي درجة الحرارة: درجة حرارة المعالجة الأسلوب MSS هي منخفضة نسبيا بالمقارنة مع ما يلزم من رد فعل الحالة الصلبة تقليدية26 أو رد فعل احتراق جل سول27. يحفظ هذا انخفاض درجة الحرارة الطاقة بينما تنتج NPs عالية الجودة.

فعالية التكلفة: MSS طريقة لا تتطلب أي كواشف مختبر القاسي أو مكلفة أو المذيبات ولا أي الأجهزة المتخصصة. والماء هو المذيب الرئيسية المستخدمة تجرف الأملاح المنصهرة المستخدمة، التي أيضا رخيصة. وعلاوة على ذلك، يتضمن الإعداد التجريبية اللازمة فقط الأواني البسيطة وفرن دون الأجهزة المتخصصة، بينما يمكن أن تنتج المواد النانوية مع تركيبة معقدة وطبيعة المقاوم للحرارة.

التكتل الحر مع سطح نظيف: عملية خلال MSS، جسيمات نانوية المشكلة مشتتة جيدا في المتوسط الملح المنصهر بسبب كميتها كبيرة، تستخدم جنبا إلى جنب مع ارتفاع الأيونية القوة واللزوجة1،6، 8-خلافا لتوليف الغروية ومعظم العمليات الحرارية المائية/سولفوثيرمال، لا طبقة سطحية واقية ضروري لمنع النمو المستمر والتكتل شكلت مصادر القدرة النووية.

التوليف المثالي من أكسيد المعدن المعقدة مصادر القدرة النووية بواسطة الأسلوب MSS: نهج MSS طريقة عالمية وفعالة من حيث التكلفة لعقلانية وعلى نطاق واسع تجميع المواد النانوية مجالاً واسعاً بما فيه الكفاية للمواد قد ترحيب كبير العلماء ويعمل في علم وتكنولوجيا النانو. هنا، هافناتي لانثانوم (La2Hf2س7) اختير بسبب تطبيقاتها المتعددة الوظائف في المناطق ل الأشعة السينية في التصوير، وارتفاع كعازل، التﻷلؤ، الفوسفور حرارية، والحاجز الحراري طلاء، و المضيف النفايات النووية. لوس أنجليس2Hf2س7 أيضا مضيفة جيدة لمخدر سسينتيلاتورس نظراً لكثافته عالية وكبيرة العدد الذري الفعال وإمكانية هيكلها كريستال يكون هندسيا جنبا إلى جنب مع فترة انتقال من مرحلة اضطراب في نظام. أنه ينتمي إلى أسرة7 أ2ب2س من المركبات، التي "A" عنصر نادر الأرض – مع حالة أكسدة + 3، ويمثل "ب" عنصر معدني انتقال مع حالة أكسدة + 4. ومع ذلك، نظراً لطبيعة الصهر ومعقدة التركيب الكيميائي، كان هناك عدم انخفاض درجة الحرارة المناسبة وأساليب توليف واسعة النطاق للوس أنجليس2Hf2س7 مصادر القدرة النووية.

لإجراء البحوث العلمية الأساسية والتطبيقات التكنولوجية المتقدمة، شرط أساسي لجعل مونوديسبيرسي، عالية الجودة، والزي2ب2س7 مصادر القدرة النووية. هنا نستخدم توليف البلورية العالية La2Hf2س7 مصادر القدرة النووية كمثال لإظهار مزايا الأسلوب MSS. كما تخطيطياً هو مبين في الشكل 1، وأعدت La2Hf2س7 مصادر القدرة النووية بواسطة الأسلوب MSS مع عملية من خطوتين في أعقاب تقاريرنا السابقة. أولاً، تمهيدا معقدة مصدر واحد من La(OH)3· HfO(OH)2· n ح2س أعد طريق كوبريسيبيتيشن. في الخطوة الثانية، تم توليف حجم السيطرة La2Hf2س7 مصادر القدرة النووية عن طريق عملية MSS سهلة باستخدام خليط معقد مصدر واحد، السلائف ونيترات (نانو3: كنو3 = نسبة 1:1، ومولي) في 650 درجة مئوية ح 6.

Figure 1
الرقم 1 : خطوات التخطيطي للتقرير التوليفي للوس أنجليس 2 Hf 2 O 7 مصادر القدرة النووية عن طريق الأسلوب MSS. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1-إعداد مصدر واحد السلائف المعقدة عبر مسار كوبريسيبيتيشن

  1. إعداد حل السلائف اللنثانوم وهافنيوم رباعي
    1. قياس 200 مل ماء المقطر في كوب 500 مل وتبدأ إثارة 300 لفة في الدقيقة.
    2. حل اللنثانوم والهافنيوم السلائف في الماء إثارة [أي ز 2.165 لانثانوم نيترات سداسي هيدرات (La (لا3)3•6H2س) و 2.0476 ز من كلوريد هافنيوم رباعي أكسيد أوكتاهيدراتي (2•8H هفوكل2س)].
    3. واسمحوا الحل الذي يحرك لمدة 30 دقيقة قبل بدء المعايرة.
  2. إعداد محلول الأمونيا المخفف
    1. إعداد 200 مل من محلول النشادر المخفف بتركيزات مختلفة، منها 0.75 في المائة ونسبة 1.5 في المائة، 3.0 في المائة، 6.0 في المائة و 7.5%. على سبيل المثال، إضافة 20 مل من محلول النشادر مركزة (NH4أوه (aq)، 28-30 ٪) إلى 180 مل ماء المقطر في كوب منفصلة لجعل الحل الأمونيا 3.0% المخفف.
  3. معايرة والغسيل السلائف المعقدة مصدر وحيد
    1. إضافة الحل الأمونيا المخفف إعدادها في الخطوة السابقة في سحاحة وضمان شمول سحاحة في جميع الأوقات، حيث يميل محلول الأمونيا تتبخر مما يقلل من تركيزه.
    2. إضافة الحل الأمونيا المخفف في سحاحة إلى إثارة حل لانثانوم نترات وهافنيوم رباعي أكسيد ثنائي كلورايد دروبويسي.
    3. ضبط سرعة إسقاط الحل الأمونيا تبعاً لذلك بحيث ستتم إضافته على مدى فترة ح 2.
    4. بعد أن تم تسليم عدة مل من محلول النشادر، ضمان أن يصبح الحل الملبدة بالغيوم. هذا بسيط وتوقع أن ترسبات السلائف المعقدة مصدر واحد من La(OH)3· HfO(OH)2· n هو تشكيل ح2س.
    5. بعد ح 2، إزالة شريط التحريك وتسمح متسرعا العمر بين عشية وضحاها.
    6. تحقق من الرقم الهيدروجيني لحل كوبريسيبيتاتيد قبل الغسيل. أغسل متسرعا بماء مقطر حتى المادة طافية يصل الرقم الهيدروجيني محايدة، التي عادة ما تستغرق يغسل 5-8.
  4. الفراغ الترشيح والتجفيف من السلائف
    1. الفراغ تصفية الحل كوبريسيبيتاتيد باستخدام ورقة تصفية مع مسامية خشنة (40-60 ميكرومتر؛ انظر الجدول للمواد) لفصل ترسبات صلبة من المادة طافية.
    2. التأكد من أن جميع مخلفات السلائف معقدة يتم غسلها من جدران الكأس.
    3. الهواء الجاف للسلائف مصدر واحد المعقدة الناتجة عن La(OH)3· HfO(OH)2· n ح2س في درجة حرارة الغرفة بين عشية وضحاها.

2-المنصهر الملح توليف NPs هافناتي لانثانوم

  1. إعداد خليط الملح والسلائف
    1. قياس 30 ملمول (3.033 ز) نترات البوتاسيوم (كنو3) و 30 ملمول (2.549 ز) من نترات الصوديوم (نانو3).
    2. الجمع بين الأملاح المقاسة مع ز 0.35 من مصدر واحد كما أعدت السلائف معقدة La(OH)3· HfO(OH)2· n H2o.
    3. عند الضرورة، أضف 1-5 مل من الأسيتون أو الإيثانول إلى خليط تيسيرا طحن. التأكد من أن جميع المذيب يتبخر قبل وضع الخليط في بوتقة.
    4. طحن الأملاح المختلطة والسلائف الغرامة قدر الإمكان لحوالي 30 دقيقة باستخدام مدافع الهاون والمدقة.
  2. تجهيز الملح المنصهر
    1. ضع المخلوط الناتج في بوتقة أكسيد الألمونيوم، ثم ضعه في فرن دثر.
    2. ضبط الفرن على 650 درجة مئوية ح 6 مع معدل منحدر من 10 درجة مئوية/دقيقة.
    3. بعد العينة وفرن يكون تبريده إلى درجة حرارة الغرفة، وإخراج البوتقة وامتصاص العينة في كوب مليء بالماء المقطر بين عشية وضحاها.
  3. الغسيل والتجفيف في لوس أنجليس2Hf2س7 NPs
    1. إفراغ العينة من البوتقة داخل دورق 1 لتر.
    2. تغسل العينة بالماء المقطر 5-8 مرات حتى المادة طافية واضحة من الأملاح ولا غائم بعد الآن.
    3. تنقية المنتج باستخدام الطرد المركزي أو الترشيح فراغ لإزالة أية شوائب متبقية.
    4. الجاف المنتج في الفرن عند 90 درجة مئوية بين عشية وضحاها.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

قد تكون موجودة تصنيعه كلوس أنجليس2Hf2س7 مصادر القدرة النووية في مرحلة والبيروكلور مرتبة. ومع ذلك، يمكن تعديل الكيميائية المنشطة والضغط ودرجة الحرارة المرحلة لعيب فلوريت. فمن الممكن لحياتنا المادية مراحل متعددة؛ ومع ذلك، نركز هنا فقط على مرحلة والبيروكلور للبساطة. حيود الأشعة السينية (XRD) ورامان الطيفي قد استخدمت بصورة منهجية تميز مرحلة النقاء، وهيكلها، والمرحلة. يمكن حساب حجم بلورية تستخدم صيغة ديباي-شيرر. من ناحية أخرى، يستخدم رامان الطيفي كأسلوب توصيف هيكلية ثانوية نظراً لأنها حساسية عالية إلى M-O وسائط الذبذبات28. وهو يحدد في مرحلة بلورية الدقيقة من لوس أنجليس2Hf2س7 NPs29.

مقارنة بغيرها من التقنيات الاصطناعية مثل تفاعلات الحالة الصلبة، قد MSS ثابت رد فعل عالية، بمعنى أن رد الفعل أكثر من المرجح أن تذهب في الاتجاه إلى الأمام30. إنتاج والبيروكلور La2Hf2س7 يتحقق عن طريق زيادة مساحة السطح البيني الاتصال والتنقل من الأنواع مادة التفاعل داخل النظام الملح المنصهر. ويبين الشكل 2 أنماط XRD المركب La2Hf2س7 NPs مصنوعة بواسطة الأسلوب MSS من مصدر واحد والسلائف معقدة باستخدام تركيزات مختلفة من محلول الأمونيا. يظهر نتائج XRD تشكيل نقية La2Hf2س7 مع كريستالينيتي عالية. موقف الذروة ومؤشرات ميلر قد تتم فهرسة استناداً إلى "اللجنة المشتركة" المعنية بنمط الحيود مسحوق القياسية (جكبدس) #78-1292. لم يتم اكتشاف لا المراحل شوائب مرئية مثل لوس أنجليس2س3أو الاتحاد الأوروبي2س3هفو2 . لا يوجد تغيير في نمط زرد كدالة لتركيز الأمونيا المستخدمة باستثناء الزيادة حجم الجسيمات. الجدول 1 يبين حجم المعلمة والجسيمات كريستال المحسوبة المقابلة من لوس أنجليس2Hf2س7 مصادر القدرة النووية.

Figure 2
الرقم 2 : أنماط حيود الأشعة السينية لوس أنجليس 2 Hf 2 O 7 لأمان أعده ضبط تركيز الحل الأمونيا المستخدمة ثم فهرستها استناداً إلى نمط فلوريت عيب. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

يستخدم OH(aq) تركيز NH4 بيانات XRD La تجميعي2Hf2س7 NPs
2Θ (درجة) فوم (Β) معلمات شعرية (Å) حجم الجسيمات (nm)
[0.75%] 28.57 0.4 10.81 الساعة 19: 00
[1.5%] 28.64 0.39 10.79 20.00
[3.0%] 28.67 0.37 10.78 21.00
[6.0%] 28.69 0.31 10.77 26.00
[7.5%] 28.74 0.27 10.75 29.00

الجدول 1 : حجم المعلمة والجسيمات بلورية لوس أنجليس 2 Hf 2 O 7 لأمان أعده ضبط تركيز الحل الأمونيا المستخدمة تبين حدوث نمو حجم جسيمات مستمر- FWHM = ذات العرض الكامل في النصف-الحد الأقصى.

هناك مرحلتان المشتركة من المركبات7 2س2ب A: مرحلة فلوريت اضطرابه وأمرت والبيروكلور. المرحلة فلوريت اضطرابه موجود في مجموعة الفضاء Fm3̅m، حيث تكون جميع الأيونات الموجبة (3 + وب4 +) موزعة بشكل عشوائي، مما يسمح لوضع نشط واحد. من ناحية أخرى، مرحلة والبيروكلور أمر موجود في مجموعة الفضاء Fd3̅m. ولذلك، المعارض وثيق الشبه الهيكلي المرحلة فلوريت إلا أن هناك موقعين الأيوني، وثلاثة مواقع أنيونى [48f (ياأنا)، 8a (Oالثاني)، و 8b (سالثالث)]، و 1/8th أيونات الأوكسجين (Oالثالث) في 8b موقع غائبة في هيكل والبيروكلور، مما يسمح لوسائط نشطة 619،،من2829. استناداً إلى نظرية المجموعة، لديه بنية الفلوريت عيب واحد وضع الذبذبات بسبب تي2ز، بينما مرحلة والبيروكلور وسائط الذبذبات ستة في المجموعة من 200-1000 سم-1. هذه المعلومات أمر حيوي لتحديد المرحلة الصحيحة من لوس أنجليس2Hf2س7 NPs (الشكل 3). وفي هذه الحالة، استعداد La2Hf2س7 مصادر القدرة النووية في شكل نقي والبيروكلور.

Figure 3
الرقم 3 : أطياف رامان لوس أنجليس 2 Hf 2 O 7 لأمان أعده ضبط تركيز الحل الأمونيا المستخدمة، مع ستة وسائط النشطة المتعلقة بمرحلة والبيروكلور. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

ويوفر المخطط في الشكل 4 عدة عوامل المسيطر موثوقة لأسلوب MSS وحسابات لمسارات بديلة لضبط خصائص المواد النانوية تجميعي. وباﻹضافة إلى ذلك، فإنه يساعد على تحديد الخطوات الحاسمة في عملية MSS.

Figure 4
الرقم 4 : مخطط انسيابي الخطوات الحاسمة من MSS تشير إلى العوامل المتحكمة من الإجراءات الاصطناعية لمصادر القدرة النووية مع المسارات المحتملة تحسين خصائصها. الرجاء انقر هنا لمشاهدة نسخة أكبر من هذا الرقم-

أولاً، هوية السلائف الحاسمة، خاصة بالنسبة لتوليف أكسيد المعدن المعقدة مصادر القدرة النووية. عند إنتاج2ب2س7 مصادر القدرة النووية، من المهم أولاً إنشاء مصدر واحد سلائف معقدة التي تحتوي على العناصر الرئيسية المكونة للمنتج النهائي [أي A و B, على مستوى الذري مع الصيغة A(OH)3 ·BO(OH)2· n ح2س]. في هذه التجربة، يمكن التحكم حجم الجسيمات NPs2Hf2س7 لوس أنجليس النهائي خلال هذه الخطوة عن طريق ضبط تركيز محلول الأمونيا تيترنت، حيث ولدت أعلى تركيز الأمونيا حل لوس أنجليس أكبر 2 التردد2س7 مصادر القدرة النووية. كما تم إجراء محاكمات أخرى لجعل2ب2س7 لأمان استخدام السلائف مختلفة، مثل النترات المتاحة تجارياً أو أكاسيد تحتوي على العناصر الرئيسية من2س2ب7؛ ومع ذلك، لا شيء عملت4. مزايا هذه السلائف المعقدة مصدر واحد غير متبلور أن يؤلف عناصر2س2ب7 مختلطة على مستوى الذري والبلوتينيوم توزيع نفس ترتيب النهائي2ب2 س7 المنتج، وتتناقص مساحة أو مجموعة التي تحتاج كواشف مختبر نقلها.

ثانيا، قد اختيار الملح المنصهر المناسب أهمية كبرى في الحصول على المواد متناهية الصغر مع مورفولوجيا المرغوب فيه والخصائص. ينبغي أن تكون نقطة انصهار الملح المحدد المناسب لتوليف المرحلة المطلوبة من المواد النانوية. ويخضع تشكيل المواد النانوية في نهاية المطاف نقطة انصهار الأملاح تستخدم كمذيبات المنصهر، مثل الكلوريد القلوي أو سلفات أو كربونات أو هيدروكسيد1،6،،من3132. وأفيد أن استخدام الأملاح المنصهرة مختلفة يمكن تعديل درجة حرارة تشكيل، ثم تغيير حجم ومورفولوجيا الجسيمات18.

وباﻹضافة إلى ذلك، معدل المنحدر يميل إلى التأثير على التوليف مصادر القدرة النووية. بمعدل سريع منحدر يميل إلى توليد مكتل NPs33، الذي يؤثر على خصائصها. وفي حالة الإنارة ومواد التﻷلؤ، تجمع سكاني عالية غير مرغوب فيه، كما أنه يمكن مبعثر متحمس، وتنبعث الخفيفة17،19. ومن ثم أكثر ملاءمة بمعدل بطيء منحدر ويتيح وقتاً كافياً للوصول إلى درجة الحرارة الفعلية داخل البوتقة. عملية تبريد أبطأ عادة ما يسمح لمصادر الطاقة النووية بشكل كروي لتشكيل34.

معيار هام آخر لاختيار الملح أنه ينبغي أن يكون كافياً الذوبان مائي. مع بسيطة من الغسل بالماء، الملح المنصهر المستخدمة ينبغي أن تكون بسهولة جرف بعد MSS.

وأخيراً، إضافة سائل متقلبة مثل الإيثانول والاسيتون أثناء خلط الأملاح المستخدمة والسلائف المعقدة مصدر واحد يساعد على سهولة عملية طحن لكن ليست ضرورية. إضافة سائل مفيد لجعل خليط متجانس في وقت أقصر، ويتطلب أقل جهد، هو أمر هام في توليد منتجات نقية. السائل متقلبة وأضاف لا يؤثر على خصائص القدرة الناتجة عن ذلك نظراً لأنه يتبخر تماما بنهاية عملية الطحن. سبب التقلب الشديد، أضيف المبلغ قد تتراوح في أي مكان من 1 إلى 5 مل.

أسلوب MSS بطريقة واضحة وبسيطة لتجميع مصادر القدرة النووية في أي مكان الصناعية وجامعة. ومع ذلك، يمكن إجراء التعديلات البروتوكول. على سبيل المثال، في حال لم يتوفر نظام تصفية فراغ، يمكن فصل مصدر واحد سلف المعقدة التي تم الحصول عليها من الخطوة كوبريسيبيتيشن. يمكن استخدام خليط مختلف من الملح سهلة لمهندس NPs مع الخصائص المرغوبة.

على الرغم من أن الأسلوب MSS السهل عموما التي ستستخدم، تشمل القيود (1) إمكانية تشكيل المنتج حاليا محدودة بمنطقة الاتصال من كواشف مختبر متباينة في رد الفعل1. بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يكون المنتج ذات البنية النانومترية كل عدم (2) شكلت داخل الأملاح المنصهرة المحدد. هذه الحالات نادرة ولكن يمكن أن يحدث التأكيد35. من المستحسن أن الأملاح مختارة تعمل المذيبات فقط محض ولا تتفاعل مع كواشف مختبر أو المنتجات. وعلاوة على ذلك، تتضمن الأخطاء الشائعة التي قد تعوق نوعية المنتجات النهائية نانوحبيبات ما يلي: (1) أولاً، إذا كان لا يغطي في سحاحة أثناء المعايرة، وقد تغيير تركيز هيدروكسيد الأمونيوم وتغيير في نهاية المطاف حجم الجسيمات النانوية التي تم الحصول عليها. خطأ شائع آخر هو (2) عدم إعطاء كوبريسيبيتيشن مدة ساعتين للنموذج. إضافة تيترنت الأمونيا سريع جداً يؤثر على حركية كوبريسيبيتيشن، التي يمكن أن تجعل السلائف معقدة متنافرة. المأزق الثالث هو (3) لا طحن salt(s) و precursor(s) غرامة ممكن، مما يولد المنتجات النجسة أو جسيمات متنافرة.

أسلوب MSS بسيطة، فعالة وسريعة، ودرجات الحرارة المنخفضة، وفعالة من حيث التكلفة كما ثبت مع النتائج المبلغ عنها سابقا، مقارنة ب الأساليب التقليدية توليف الحالة الصلبة وسول-هلام/احتراق27. كما أنها قابلة للتحجيم وموثوق بها التعميم فيما يتعلق بصنع NPs خالية من التكتل دون طبقة واقية سطحية، خلافا لأساليب توليف الغروية والحرارية المائية/سولفوثيرمال.

تطبيق طريقة MSS انتشر على نطاق واسع في اليومين الماضيين من العقود، من مواد فيرويليكتريك والمغناطيسية للمواد ل بطاريات ليثيوم أيون36، أشباه الموصلات17،37،، فوسفورات17 19، والكهربائية-محفزات38،39، أساسا للمواد نانوسيزيد، ولا سيما تلك التي التراكيب المعقدة. وفي الختام، يوفر الأسلوب MSS طريقا مناسبة في توليف أكسيد المعدن البسيطة والمعقدة مصادر القدرة النووية. ومن المتوقع أن يصبح الأسلوب MSS أسلوب توليف أكثر شعبية للمواد النانوية وأكثر تستخدم على نطاق واسع في علم وتكنولوجيا النانو في المجتمع في السنوات القادمة.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

لا توجد صراعات على إعلان.

Acknowledgments

يشكر المؤلفون الدعم المالي المقدم من "المؤسسة الوطنية للعلوم" تحت تشي (جائزة #1710160) ومعهد وزارة الزراعة الوطنية للأغذية والزراعة (جائزة #2015-38422-24059). قسم الكيمياء في جامعة تكساس وادي ريو غراندي تشعر بالامتنان للدعم السخية المقدمة من "الإدارات منحة" من "مؤسسة روبرت ولش ألف" (رقم المنحة BX-0048). S.K.G. أود أن أشكر مؤسسة التعليم الولايات المتحدة والهند (USIEF) ومعهد التعليم الدولي (IIE) على بلده "فولبرايت نهرو زمالات ما بعد الدكتوراه" (جائزة #2268/فنبدر/2017).

Materials

Name Company Catalog Number Comments
Acetone, ACS, 99.5+% Alfa Aesar 67-64-1 Dried over 4A sieves
Hafnium dichloride oxide octahydrate, 98+% (metals basis excluding Zr), Zr <1.5% Alfa Aesar 14456-34-9 Hygroscopic
Lanthanum(III) nitrate hexahydrate Aldrich 10277-43-7 Hygroscopic
Potassium nitrate, ReagentPlus R, ≥99.0% Sigma-Aldrich 7757-79-1 Hygroscopic
Sodium nitrate, ReagentPlus R, ≥99.0% Sigma-Aldrich 7631-99-4
Ammonium hydroxide, 28% NH3, NH4OH Alfa Aesar 1336-21-6
Filter paper, P8 grade Fisherbrand

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kimura, T. Molten salt synthesis of ceramic powders. Advances in Ceramics. , InTech. Chapter 4 75-100 (2011).
  2. Mao, Y., Park, T. J., Wong, S. S. Synthesis of classes of ternary metal oxide nanostructures. Chemical Communications. 0 (46), 5721-5735 (2005).
  3. Mao, Y., Zhou, H., Wong, S. S. Perovskite-phase metal oxide nanostructures: Synthesis, properties, and applications. Material Matters. 5, 50-53 (2010).
  4. Mao, Y., Guo, X., Huang, J. Y., Wang, K. L., Chang, J. P. Luminescent nanocrystals with A2B2O7 composition synthesized by a kinetically modified molten salt Method. The Journal of Physical Chemistry C. 113 (4), 1204-1208 (2009).
  5. Yu, Y., Wang, S., Li, W., Chen, Z. Low temperature synthesis of LaB6 nanoparticles by a molten salt route. Powder Technology. 323, 203-207 (2018).
  6. Liu, X., Fechler, N., Antonietti, M. Salt melt synthesis of ceramics, semiconductors and carbon nanostructures. Chemical Society Reviews. 42 (21), 8237-8265 (2013).
  7. Chang, Y., Wu, J., Zhang, M., Kupp, E., Messing, C. L. Molten salt synthesis of morphology controlled alpha-alumina platelets. Ceramics International. 43 (15), 12684-12688 (2017).
  8. Mao, Y., Park, T. J., Zhang, F., Zhou, H., Wong, S. S. Environmentally friendly methodologies for nanostructure synthesis. Small. 3 (7), 1122-1139 (2007).
  9. Liu, J. R., Hong, R. Y., Feng, W. G., Badami, D., Wang, Y. Q. Large scale production of strontium ferrite by molten salt assited coprecipitation. Powder Technology. 262, 142-149 (2014).
  10. Yuanbing, M., Banerjee, S., Wong, S. S. Large-scale synthesis of single-crystalline perovskite nanostructures. Journal of the American Chemical Society. 125 (51), 15718-15719 (2003).
  11. Mao, Y. Facile synthesis of ferromagnetic double perovskite oxide La2BMnO6 nanoparticles. RSC Advances. 2 (33), 12675-12678 (2012).
  12. Hailili, R., Wang, C., Lichtfouse, E. Perovskite nanostructures assembled in molten salt based on halogen anions KX (X = F, Cl and Br): Regulated morphology and defect-mediated photocatalytic activity. Applied Catalysis B: Enviromental. 232, 531-543 (2018).
  13. Yuanbing Mao, J. P., McCloy, J. S. Magnetic properties of double perovskite oxide La2BMnO6 nanocrystals. Nanoscale. 5 (11), 4720-4728 (2013).
  14. Mao, Y., Wong, S. S. Reproducible composition and shape control of crystalline Ca1-xSrxTiO3 perovskite nanoparticles. Advanced Materials. 17 (18), 2194-2199 (2005).
  15. Rojas-Hernandez, R. E., et al. Original synthetic route to obtain a SrAl2O4 phosphor by the molten salt method: insights into the reaction mechanism and enhancement of the persistent luminescence. Inorganic Chemistry. 54 (20), 9896-9907 (2015).
  16. Reddy, M. V., Xu, Y., Rajarajan, V., Ouyang, T., Chowdari, B. V. R. Template free facile molten synthesis and energy storage studies on MCo2O4 (M = Mg, Mn) as anode for Li-ion batteries. ACS Sustainable Chemistry and Engineering. 3 (12), 3035-3042 (2015).
  17. Zuniga, J. P., Gupta, S. K., Pokhrel, M., Mao, Y. Exploring optical properties of La2Hf2O7:Pr3+ nanoparticles under UV and X-ray excitations for potential lighting and scintillating applications. New Journal of Chemistry. 42 (12), 9381-9392 (2018).
  18. Pokhrel, M., Wahid, K., Mao, Y. Systematic studies on RE2Hf2O7:5%Eu3+ (RE = Y, La, Pr, Gd, Er, and Lu) nanoparticles: Effects of the A-Site RE3+ cation and calcination on structure and photoluminescence. The Journal of Physical Chemistry C. 120 (27), 14828-14839 (2016).
  19. Wahid, K., Pokhrel, M., Mao, Y. Structural, photoluminescence and radioluminescence properties of Eu3+ doped La2Hf2O7 nanoparticles. Journal of Solid State Chemistry. 245, 89-97 (2017).
  20. Park, T. J., Papaefthymiou, G. C., Moodenbaugh, A. R., Mao, Y., Wong, S. S. Synthesis and characterization of submicron single-crystalline Bi2Fe4O9 cubes. Journal of Materials Chemistry. 15 (21), 2099-2105 (2005).
  21. Gilbert, M. R. Molten salt synthesis of titanate pyrochlore waste-forms. Ceramics International. 42 (4), 5263-5270 (2016).
  22. Huang, Z., et al. Molten salt synthesis of La2Zr2O7 ultrafine powders. Ceramics International. 42 (5), 6221-6227 (2016).
  23. Huang, Z., Duan, H., Liu, J., Zhang, H. Preparation of lanthanum cerate powders via a simple molten salt route. Ceramics International. 42 (8), 10482-10486 (2016).
  24. Wang, G., et al. Fabrication of rod-like Ti4O7 with high conductivity by molten salt synthesis. Materials Letters. 186, 361-363 (2017).
  25. Pokhrel, M., Burger, A., Groza, M., Mao, Y. Enhance the photoluminescence and radioluminescence of La2Zr2O7:Eu3+ core nanoparticles by coating with a thin Y2O3 shell. Optical Materials. 68, 35-41 (2017).
  26. Ramesh, G., Subramanian, V., Sivasubramanian, V. Dielectric properties of lead indium niobate ceramics synthesized by conventional solid state reaction method. Materials Research Bulletin. 45 (12), 1871-1874 (2010).
  27. Gupta, S. K., et al. Role of various defects in the photoluminescence characteristics of nanocrystalline Nd2Zr2O7: An introspection through spectroscopic and DFT calculations. Journal of Materials Chemistry C. 4 (22), 4988-5000 (2016).
  28. Wang, X., Zhu, Y., Zhang, W. Preparation of lanthanum zirconate nano-powders by molten salt method. Journal of Non-Crystalline Solids. 356 (20-22), 1049-1051 (2010).
  29. Popov, V. V., et al. Fluorite-pyrochlore phase transition in nanostructured Ln2Hf2O7 (Ln = La-Lu). Journal of Alloys and Compounds. 689, 669-679 (2016).
  30. Rybarczyk, M. K., Gontarek, E., Lieder, M., Titirici, M. M. Salt melt synthesis of curved nitrogen-doped carbon nanostructures: ORR kinetics boost. Applied Surface Science. 435, 543-551 (2018).
  31. Ozen, M., Mertens, M., Snikers, F., D'Hondt, H., Cool, P. Molten-salt synthesis of tetragonal micron-sized barium titanate from a peroxo-hydroxide precursor. Advanced Powder Technology. 28 (1), 146-154 (2017).
  32. Fazli, R., Fazli, M., Safaei-Naeini, Y., Golestani-Fard, F. The effects of processing parameters on formation of nano-spinel (MgAl2O4) from LiCl molten salt. Ceramics International. 39 (6), 6265-6270 (2013).
  33. Bortolani, F., Dorey, R. A. Molten salt synthesis of PZT powder for direct write inks. Journal of the European Ceramic Society. 30 (10), 2073-2079 (2010).
  34. Zhou, H., Mao, Y., Wong, S. S. Probing structure-parameter correlations in the molten synthesis of BaZrO3 perovskite submicron-sized particles. Chemistry of Materials. 19 (22), 5238-5249 (2007).
  35. Kimura, T., Machida, M., Yamaguchi, T., Newnham, R. E. Products of reaction between PbO and Nb2O5 in molten KCl or NaCl. Journal of the American Ceramic Society. 66 (10), 195-197 (1983).
  36. Liu, S., et al. A novel rechargeable zinc-air battery with molten salt electrolyte. Journal of Power Sources. 342, 435-441 (2017).
  37. Huang, Z., Li, B., Liu, J. Molten-salt synthesis of oxyapatite La9.33Si6O26 powders as electrolytes for intermediate temperature solid oxide fuel cells. Physica status solidi A - Applicationand Materials Science. 207 (10), 2247-2251 (2010).
  38. Ahmed, J., Mao, Y. Synthesis, characterization and electrocatalytic properties of delafossite CuGaO2. Journal of Solid State Chemistry. 242 (1), 77-85 (2016).
  39. Ahmed, J., Mao, Y. Ultrafine iridium oxide nanorods synthesized by molten salt method toward electrocatalytic oxygen and hydrogen evolution reactions. Electrochimica Acta. 212, 686-693 (2016).

Tags

الكيمياء، 140 قضية، كوبريسيبيتيشن، وتوليف الملح المنصهر، أكاسيد معدنية معقدة، أكسيد الهافنيوم اللنثانوم، جسيمات نانوية، والسلائف
الملح المنصهر توليف أكسيد المعدن معقدة جسيمات نانوية
Play Video
PDF DOI DOWNLOAD MATERIALS LIST

Cite this Article

Zuniga, J. P., Abdou, M., Gupta, S.… More

Zuniga, J. P., Abdou, M., Gupta, S. K., Mao, Y. Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles. J. Vis. Exp. (140), e58482, doi:10.3791/58482 (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