Waiting
Login processing...

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

Chemistry

Smeltet Salt syntese av komplekse metalloksid nanopartikler

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

Her viser vi en unik, relativt lav temperatur, smeltet salt syntese metode for å forberede uniform komplekse metalloksid lantan hafnate nanopartikler.

Abstract

Utviklingen av mulig syntese metoder er avgjørende for vellykket utforskningen av romanen egenskapene og potensielle anvendelser nanomaterialer. Her introduserer vi smeltet salt syntese (MSS) metoden for å lage metalloksid nanomaterialer. Fordeler over andre metoder er dens enkelhet, verdi, pålitelighet, skalerbarhet og generalizability. Bruker pyrochlore lantan hafnium oksid (La2Hf2O7) som en representant, beskriver vi MSS protokollen for vellykket syntese av komplekse metalloksid nanopartikler (NPs). Videre har denne metoden den unike evnen til å produsere NPs med ulike materiale funksjoner ved å endre ulike syntese parametere som pH, temperatur, varighet og post avspenning. Ved å finjustere disse parameterne, er vi kunne syntetisere svært ensartet, ikke-agglomerert og svært krystallinsk NPs. Som konkret eksempel variere vi partikkelstørrelse La2Hf2O7 NPs ved å endre konsentrasjonen av ammonium hydroksid løsningen brukt i MSS, som tillater oss å utforske ytterligere effekten av partikkelstørrelse på ulike egenskaper. Det forventes at metoden MSS blir mer populære syntese metode for nanomaterialer og mer viden ansatt i nanovitenskap og nanoteknologi samfunnet i de kommende år.

Introduction

Molten-salt syntese (MSS) innebærer bruk av en smeltet salt som reaksjon medium for å forberede nanomaterialer fra konstituerende forgjengere. Smeltet salt fungerer som løsemiddelet og muliggjør forbedret reaksjon frekvensen av øker kontakt mellom reaktantene og mobilitet. Valg av smeltet salter er av avgjørende betydning for suksessen til metoden MSS. Salt må oppfylle noen viktige kvalitetskrav som lavt Smeltepunkt, kompatibilitet med reagere arter, og optimal vandig oppløselighet. Smeltet salt er brukt tidligere til å øke hastigheten på SSD reaksjoner; men i en forandring system, bare en liten mengde flytende salt brukes (i motsetning til i MSS, der en stor mengde legges til å danne et løselig medium for reaksjonen og kontrollere egenskapene til den syntetiserte nanomaterialer, som partikkelstørrelse, form og crystallinity etc.). I denne forstand er MSS en modifikasjon av metoden pulver metallurgisk og forskjellig fra den forandring metode1,2,3. Ansettelse av smeltet salt kan (1) øke reaksjon kinetic rate4 mens redusere syntese temperatur5, (2) øke graden av reactant homogenitet6, (3) kontrollere krystallinske størrelse og morfologi7, og (4) redusere nivået av agglomeration.

Nanomaterialer har vært i høy etterspørsel i forskning og romanen industrielle applikasjoner på grunn av sin overlegne elektriske, kjemiske, magnetisk, optisk, elektronisk og termisk. Deres egenskaper er svært avhengig av partikkelstørrelse, form og crystallinity. Sammenlignet med andre syntese metoder for nanomaterialer, har MSS flere åpenbare fordeler; Selv om det ikke ennå er så godt kjent som andre syntese metoder i nanovitenskap og nanoteknologi samfunnet. Som beskrevet nedenfor, inkluderer fordelene sin enkelhet, pålitelighet, skalerbarhet, generalizability, miljøvennlighet, kostnadseffektivitet, relativ lav syntese temperatur og gratis agglomeration av NPs med ren overflate8.

Enkelhet: MSS prosessen kan enkelt utføres i et enkelt laboratorium med grunnleggende fasiliteter. Ingen avansert instrumentering er nødvendig. Prekursorer og smeltet salter er stabil uten behov for hanskerommet håndtering.

Pålitelighet: Når alle første syntese parametere som konsentrasjon, pH, behandlingstid og avspenning temperatur er optimalisert, høy kvalitet og ren sikret når du bruker metoden MSS. Hvis alle syntese trinnene utføres riktig, kan de endelige produktene oppnå alle grunnleggende kriteriene nødvendig for god kvalitet NPs. En nybegynner til metoden MSS endres ikke syntese resultatet, så lenge alle syntese parametere er ordentlig og nøye fulgt.

Skalerbarhet: Metoden MSS evne til å produsere store mengder størrelse - og figur-kontrollerte partikler er avgjørende. Denne kritiske faktoren er viktig fordi det gir mulighet for fastsettelse av industrielle nytte og effektivitet. Sammenlignet med andre syntese teknikker, kan MSS enkelt generere en tilstrekkelig mengde produkter ved å justere stoichiometric mengder under prosessen. Dette er en viktig funksjon i metoden fordi det gir mulighet for praktisk på industrielt nivå, noe som gjør det til en mer ønsket tilnærming på grunn av denne skalerbarhet9,10.

Generalizability: Metoden MSS er også en generalizable teknikk for å produsere nanopartikler med forskjellige komposisjoner. Enkel metalloksider og noen fluorider, nanomaterialer av komplekse metalloksider som har blitt vellykket syntetisert av MSS metoden inkluderer perovskites (ABO3)10,11,12, 13,14, spinell (AB2O4)15,16, pyrochlore (en2B2O7)4,17,18, 19og orthorhombic strukturer (2B4O9)2,3,20. Mer spesifikt, inkluderer disse nanomaterialer ferrites, titanates, niobates, mullite, aluminium borate, wollastonite og kullsyreholdige apatitt7,9,21. Metoden MSS har også blitt brukt til å produsere nanomaterialer av ulike morphologies som nanospheres4, keramikk pulver organer22, nanoflakes23, nanoplates7, nanorods24og kjerne-shell nanopartikler (NPs)25, avhengig av syntese forhold og krystallstruktur av produktene.

Miljøvennlighet: flere tradisjonelle metoder for å lage nanomaterialer innebærer bruk av store mengder organiske løsemidler og giftige stoffer som genererer miljøspørsmål. Delvis eller total eliminering av bruken av dem og generering av avfall av bærekraftig prosesser er etterspurt av grønn kjemi i dag8. MSS metoden er en miljøvennlig tilnærming til å syntetisere nanomaterialer ansette nontoxic kjemiske og fornybare materialer og minimere avfall, biprodukter og energi.

Relative lave syntese temperatur: prosessering temperaturen av MSS metoden er relativt lavt sammenlignet med som nødvendig i en konvensjonell SSD reaksjon26 eller en sol-gel forbrenning reaksjon27. Denne lavere temperatur sparer energi mens produsere høykvalitets NPs.

Kostnadseffektivitet: The MSS metoden krever ikke noen harde eller kostbare reaktantene eller løsemidler eller alle spesialiserte instrumentering. Vann er hoved løsemiddelet brukes til vask bort brukt smeltet salter, som også er billig. Videre omfatter eksperimentell installasjon nødvendig bare enkelt glass og en ovn uten spesialiserte instrumentering, mens nanomaterialer med komplekse sammensetning og ildfaste natur kan produseres.

Agglomeration gratis med ren overflate: under MSS prosessen, dannet nanopartikler er godt spredt i smeltet salt medium på grunn av sin store antallet, sammen med sin høye ioniske styrke og viskositet1,6, 8. i motsetning til kolloidalt syntese og de fleste hydrotermal/solvothermal prosesser, ingen beskyttende overflatelaget er nødvendig for å hindre kontinuerlig vekst og agglomeration av dannet NPs.

Eksemplarisk syntese av komplekse metalloksid NPs av MSS metoden: The MSS metoden som en universell og kostnadseffektiv tilnærming til rasjonelt og store syntetisere nanomaterialer for et tilstrekkelig bredt spekter av materiale kan være svært velkommen av forskere jobber i nanovitenskap og nanoteknologi. Her lantan hafnate (La2Hf2O7) ble valgt på grunn av sin multifunksjonelle programmer X-ray tenkelig, høy k-dielektrisk luminescence Termografiske fosfor, termisk barriere belegg, og kjernefysisk avfall vert. La2Hf2O7 er også en god vert for dopet scintillators på grunn av byens høye befolkningstetthet, store effektiv atomnummer og muligheten for sin krystallstruktur å bli konstruert med en bestilling-lidelse fase overgang. Den tilhører A2B2O7 familie forbindelser, der "A" er en rare - earth element med en 3 oksidasjonstallet, og "B" representerer en overgang metalliske element med en 4-oksidasjonstallet. Imidlertid ildfaste natur og komplekse kjemiske sammensetning, har det vært en mangel på skikkelig lav temperatur og store syntese metoder for La2Hf2O7 NPs.

Grunnleggende vitenskapelige undersøkelser og avanserte teknologiske programmer er det en forutsetning monodisperse, høy kvalitet og uniform en2B2O7 NPs. Her bruker vi syntesen av svært krystallinsk La2Hf2O7 NPs som et eksempel for å demonstrere fordelene med metoden MSS. Som skjematisk vist i figur 1, La2Hf2O7 NPs ble utarbeidet av MSS-metoden med en prosess etter våre tidligere rapporter. Først, en enkelt-kilde komplekse forløper La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O var forberedt via en coprecipitation-rute. I det andre trinnet størrelse kontrollerbare La2Hf2O7 NPs ble syntetisert gjennom lettvinte MSS prosessen bruker én komplekse forløperen og nitrat blandingen (NaNO3: KNO3 = 1:1, molar forholdet) på 650 ° C 6t.

Figure 1
Figur 1 : Skjematisk av syntese trinnene for La 2 HF 2 O 7 NPs via metoden MSS. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Protocol

1. utarbeidelse av én komplekse forløper via en Coprecipitation-rute

  1. Utarbeidelse av lantan og hafnium forløper løsning
    1. Måle 200 mL destillert vann i et 500 mL beaker og starte stirring på 300 rpm.
    2. Oppløse lantan og hafnium forløpere i gripende vannet [dvs. 2.165 g lantan nitrat hexahydrate (La (ingen3)3•6H2O) og 2.0476 g hafnium dichloride og octahydrate (HfOCl2•8H2O)].
    3. La løsningen røre i 30 min før Serine.
  2. Utarbeidelse av utvannet ammoniakk løsning
    1. Forberede 200 mL utvannet ammoniakk løsning med ulike konsentrasjoner, inkludert 0,75%, 1,5%, 3.0%, 6.0% og 7,5%. For eksempel legge til 20 mL konsentrert ammoniakk løsning (NH4OH (aq), 28-30%) til 180 mL destillert vann i et separat beaker å 3.0% utvannet ammoniakk løsning.
  3. Titrering og vask enkeltkilde komplekse forløperen
    1. Legg utvannet ammoniakk løsningen i forrige trinn i en burette og sikre at burette er dekket hele tiden, siden ammoniakk løsning tendens til å fordampe som minsker konsentrasjonen.
    2. Legge utvannet ammoniakk løsningen i burette i gripende løsning av lantan nitrat og hafnium dichloride og dropwise.
    3. Juster slippe hastigheten av ammoniakk løsningen tilsvarende slik at det legges over en periode på 2 timer.
    4. Etter flere mL av ammoniakk løsning levert, sikre at løsningen blir skyet. Dette er en enkel registrere som føre til én komplekse forløperen til La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O forming.
    5. Etter 2 h, fjerne baren gripende og kan føre til alder over natten.
    6. Sjekk pH i coprecipitated løsningen før vask. Vask utløse med destillert vann til nedbryting når en nøytral pH, som vanligvis tar 5-8 vasker.
  4. Vakuum filtrering og tørking av forløperen
    1. Vakuum filtrere coprecipitated løsningen bruker et filter papir med en grov porøsitet (40-60 µm, se Tabellen for materiale) for å skille den solide bunnfall fra nedbryting.
    2. Kontroller at alle komplekse forløper rester er vasket fra veggene i begeret.
    3. Lufttørke resulterende én komplekse forløperen La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O i romtemperatur over natten.

2. smeltet Salt syntese av lantan Hafnate NPs

  1. Utarbeidelse av salt og forløper blanding
    1. Mål 30 mmol (3.033 g) av kalium nitrat (KNO3) og 30 mmol (2.549 g) av gruveselskaperne (NaNO3).
    2. Kombinere målt salter med 0,35 g som forberedt én komplekse forløperen La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O.
    3. Om nødvendig kan du legge til 1-5 mL aceton eller etanol i blandingen å lette slipe. Kontroller at alle løsemiddelet er fordampet før du plasserer blandingen i en smeltedigel.
    4. Grind blandet salter og forløper så fin som mulig i ca 30 min med en morter.
  2. Molten-salt behandling
    1. Plasser resulterende blandingen i en korundum smeltedigel, og plasser den i et dempe ovn.
    2. Angi ovnen på 650 ° C 6t med en rampe rate på 10 ° C/min.
    3. Etter samplingsfrekvens og ovn har kjølt ned til romtemperatur, ta ut smeltedigel og nyte utvalget i et beaker fylt med destillert vann over natten.
  3. Vasking og tørking La2Hf2O7 NPs
    1. Tøm utvalget fra smeltedigel i en 1 liters kanne.
    2. Vask prøven med destillert vann 5 - 8 ganger til nedbryting er klart av salter og ikke skyet lenger.
    3. Rense produktet sentrifugering eller vakuum filtrering å fjerne eventuelle gjenværende urenhet.
    4. Tørr produktet i ovnen på 90 ° C over natten.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Som syntetisert La2Hf2O7 NPs finnes i bestilte pyrochlore fase. Imidlertid kan kjemisk doping, trykk og temperatur endre fasen til feilene fluoritt. Det er mulig for vårt materiale har flere faser. men fokuserer her vi kun på pyrochlore fasen for enkelhet. X-ray Diffraksjon (XRD) og Raman spektroskopi har blitt brukt til å systematisk karakterisere deres fase renhet, struktur og fase. Krystallinsk størrelsen kan beregnes ved hjelp av Debye-Scherrer formel. På den annen side, Raman spektroskopi brukes som en sekundær strukturelle karakterisering teknikk på grunn av det høy følsomhet til M-O vibrasjonsmedisin moduser28. Den identifiserer den eksakte krystallografisk fasen av La2Hf2O7 NPs29.

Sammenlignet med andre syntetiske teknikker som SSD reaksjoner, har MSS en høy reaksjon konstant, betyr at reaksjonen er mer sannsynlig å gå i fremover30. Produksjon av pyrochlore La2Hf2O7 oppnås ved å øke kontakt interfacial området og mobilitet av reactant arter i smeltet salt systemet. Figur 2 viser XRD mønstre av syntetisk La2Hf2O7 NPs laget av metoden MSS fra én komplekse forløpere med ulike konsentrasjoner av ammoniakk løsning. XRD resultater viser dannelsen av ren La2Hf2O7 med høy crystallinity. Listeplassering og Miller indekser kan indekseres basert på komiteen på pulver Diffraksjon Standard (JCPDS) mønsteret #78-1292. Ingen synlige urenheter faser som La2O3, Eu2O3eller HfO2 ble oppdaget. Det er ingen endring i XRD mønster som en funksjon av brukte ammoniakk konsentrasjonen unntatt økningen av partikkelstørrelse. Tabell 1 viser tilsvarende beregnede krystall parameteren og partikkel størrelsen av La2Hf2O7 NPs.

Figure 2
Figur 2 : X-ray Diffraksjon mønstre av La 2 HF 2 O 7 NPs forberedt ved å justere brukte ammoniakk løsning konsentrasjonen og indeksert basert på feil fluoritt mønsteret. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Konsentrasjonen av NH4OH(aq) brukes XRD data av syntetisk La2Hf2O7 NPs
2Θ (°) FWHM (Β) Gitter parametere (Å) Partikkelstørrelse (nm)
[0,75%] 28.57 0,4 10.81 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

Tabell 1 : Krystallografisk parameteren og partikkel størrelse av La 2 HF 2 O 7 NPs forberedt ved å justere brukte ammoniakk løsning konsentrasjonen viser en kontinuerlig partikkel størrelse vekst. FWHM = full bredde på halv-maksimale.

Det finnes to vanlige faser av A2B2O7 forbindelser: uordnede fluoritt fase og bestilte pyrochlore fase. Uordnede fluoritt fasen finnes i gruppen Fm3̅m plass, der alle de kationiske ionene (3 + og B4 +) er tilfeldig fordelt, slik at for en aktiv modus. På den annen side, finnes bestilte pyrochlore fase i Fd3̅m plassen gruppen. Derfor det utstillinger nær strukturelle likhet med fluoritt fase bortsett fra at det er to kationisk steder, tre anionic nettsteder [48f (Ojeg), 8a (OII), og 8b (OIII)], og 1/8th oksygen ioner (OIII) på 8b nettstedet fraværende i den pyrochlore strukturen 6 aktive moduser19,28,29. Basert på teorien om gruppe, har defekt fluoritt strukturen en vibrasjonsmedisin modus på grunn av T2g, mens en pyrochlore fase har seks vibrasjonsmedisin moduser i størrelsesorden 200-1000 cm-1. Denne informasjonen er avgjørende for riktig fase identifikasjon av La2Hf2O7 NPs (figur 3). I dette tilfellet det forberedt La2Hf2O7 NPs er i ren pyrochlore-skjemaet.

Figure 3
Figur 3 : Raman spektra av La 2 HF 2 O 7 NPs forberedt ved å justere brukte ammoniakk løsning konsentrasjonen, med seks aktive moduser knyttet til pyrochlore fase. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

Diagrammet i Figur 4 gir flere pålitelig kontrollerende faktorer av MSS metode og kontoer for alternativ trasé finjustere funksjonene i syntetisert nanomaterialer. I tillegg hjelper identifisere avgjørende skritt i MSS prosessen.

Figure 4
Figur 4 : Flytskjema for kritiske trinnene av MSS indikerer kontrollerende faktorene av syntetiske prosedyren for NPs med potensielle veier å finjustere karakteristikkene. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Først er identiteten til prekursorer kritisk, spesielt for syntese av komplekse metalloksid NPs. Når produserer en2B2O7 NPs, er det viktig å først generere en én komplekse forløper som inneholder de viktigste elementene som utgjør det endelige produktet [dvs. A og B, en Atom-nivå med formelen A(OH)3 ·BO(Oh)2· n H2O]. I dette eksperimentet, kan partikkelstørrelse på siste La2Hf2O7 NPs kontrolleres under dette trinnet ved å justere konsentrasjonen av titrant ammoniakk løsningen, der en høyere ammoniakk løsning konsentrasjon generert større La 2 HF2O7 NPs. Andre studier har også utført for å gjøre en2B2O7 NPs bruker forskjellige forløpere, som kommersielt tilgjengelig nitrater eller oksider som inneholder de viktigste elementene i en2B2O7; imidlertid har ingen virket4. Fordelene med denne amorfe én komplekse forløper er at komponist elementene i en2B2O7 er blandet på en Atom-nivå og er homogent distribuert i samme rekkefølge som siste2B2 O7 fabrikat, redusere plass eller område som reaktantene trenger transporteres.

Andre har valg av riktig smeltet salt stor betydning å skaffe nanomaterialer med ønskelig morfologi og egenskaper. Smeltepunkt av valgte salt bør være passende for syntese av den nødvendige fasen av nanomaterialer. Dannelsen av nanomaterialer styres til slutt av Smeltepunkt av salter som smeltet løsemidler, for eksempel lut klorid, sulfate, karbonat eller hydroksid1,6,31,32. Det har blitt rapportert at bruk av ulike smeltet salter kan endre formasjon temperatur, og dermed endre partikkel størrelse og morfologi18.

I tillegg gjete rampen hastigheten å berøre syntesen av NPs. En rask rampen rate tendens til å generere agglomerert NPs33, som påvirker deres egenskaper. Ved selvlysende og scintillation materialer, høy agglomeration er ikke ønskelig, som det kan spre opphisset og slippes ut lys17,19. En langsom rampen er dermed mer egnet og tillater nok tid til å nå det faktiske temperaturen inne smeltedigel. En tregere kjøling tillater vanligvis NPs med en sfærisk form til34.

Et annet viktig kriterium for valg av salt er at det skal ha tilstrekkelig vandig oppløselighet. Med enkel vask med vann, bør brukte smeltet salt være lett vaskes vekk etter vil MSS.

Til slutt, tillegg av en flyktig væske som aceton eller etanol under blanding av salter brukes og én komplekse forløper hjelper lette sliping prosessen men er ikke avgjørende. Tillegg av en væske er nyttig å gjøre en homogen blanding på kortere tid og krever mindre innsats, noe som er viktig i genererer rene produkter. Ekstra flyktig væske påvirker ikke egenskapene til de resulterende NPs siden det fullt fordamper ved slutten av sliping prosessen. På grunn av dens høy volatilitet, kan hvor lagt variere alt fra 1 til 5 mL.

Metoden MSS er en grei og enkel måte å syntetisere NPs ved alle universitet og industrielle plassering. Imidlertid gjøres endringer av protokollen. For eksempel i tilfelle et vakuum filtersystem ikke er tilgjengelig, kan én komplekse forløperen innhentet fra coprecipitation trinn være centrifuged. Forskjellige eutektiske salt blandinger kan brukes å ingeniør NPs med ønsket kjennetegnene.

Selv om metoden MSS er generelt lett å være ansatt, omfatter begrensninger (1) muligheten for produktet dannelsen tilværelse begrenset av de ulike reaktantene i reaksjon1kontakt området. I tillegg (2) ikke alle nanostructured produkter kan være dannet i valgte smeltet salter. Disse sakene er sjelden, men kan sikkert skje35. Det er ønskelig at valgte salter handle bare så ren løsemidler og ikke reagerer med reaktantene eller produkter. Dessuten vanlige feil som kan hindre kvaliteten på de endelige hydrogenion produktene inkluderer følgende: (1) først hvis burette ikke dekkes under Serine, kan dette endre konsentrasjonen av ammonium hydroksid og til slutt endre det størrelsen på innhentet nanopartikler. En annen vanlig feil er (2) ikke gir coprecipitation en periode på to timer til skjemaet. Legge til ammoniakk titrant for fort påvirker coprecipitation kinetikk, som kan gjøre ikke-homogen komplekse forløper. Tredje graven er (3) ikke er sliping av salt(s) og precursor(s) så bra som mulig, som genererer urene produkter eller ikke-homogen partikler.

MSS metoden er enkel, effektiv, rask, lav temperatur og kostnadseffektiv som vist tidligere rapportert resultater, sammenlignet med konvensjonelle SSD og sol-gel/forbrenning syntese metoder27. Det er også skalerbar, pålitelig og generalizable gjelder gjør agglomeration-fri NPs uten en overflate beskyttende lag, i motsetning til kolloidalt og hydrotermal/solvothermal syntese metoder.

MSS påføringsmetode har utbredt i de siste par tiårene, fra ferroelectric og ferromagnetisk materiale til materialer for Li-ion-batterier36, halvledere17,37, fosfor17, 19og elektro-katalysatorer38,39, hovedsakelig for nanosized materialer, spesielt de med komplekse komposisjoner. Avslutningsvis gir metoden MSS en egnet sti i syntesen av enkle og komplekse metalloksid NPs. Det forventes at metoden MSS blir en enda mer populær syntese metode for nanomaterialer og mer viden ansatt i nanovitenskap og nanoteknologi samfunnet i de kommende år.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Det er ingen konflikter å erklære.

Acknowledgments

Forfatterne takker økonomisk støtte fra National Science Foundation under CHE (pris #1710160) og USDA National Institute of Food og landbruk (pris #2015-38422-24059). Ved Institutt for kjemi på University of Texas Rio Grande Valley er takknemlig for sjenerøs støtte fra avdelinger stipend fra Robert A. Welch Foundation (Grant nr. BX-0048). S.K.G. ønsker å takke USA-India Education Foundation (USIEF) og Institute for International Education (IIE) for hans Fulbright Nehru Postdoctoral Fellowship (pris #2268/FNPDR/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

Kjemi problemet 140 Coprecipitation smeltet salt syntese komplekse metalloksider lantan hafnium oksid nanopartikler forløperen
Smeltet Salt syntese av komplekse metalloksid nanopartikler
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