Summary
Hier zeigen wir ein einzigartiges, relativ niedrigen Temperaturen, Salzschmelze Synthese-Verfahren zur Herstellung einheitlicher Komplex Metalloxid Lanthan Hafnate Nanopartikel.
Abstract
Die Entwicklung von Machbaren Synthesemethoden ist entscheidend für die erfolgreiche Erforschung von neuartigen Eigenschaften und Anwendungsmöglichkeiten von Nanomaterialien. Hier stellen wir die Salzschmelze Synthese (MSS) Methode zur Herstellung von Metall-Oxid-Nanomaterialien. Vorteile gegenüber anderen Methoden sind seine Einfachheit, grün, Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit und Generalizability. Mit Pyrochlor Lanthan Hafnium Oxid (La2Hf2O7) als Vertreter, beschreiben wir das MSS-Protokoll für die gelungene Synthese von komplexen Metall-Oxid-Nanopartikeln (NPs). Darüber hinaus hat diese Methode die einzigartige Fähigkeit, NPs mit unterschiedlichen Materialeigenschaften zu produzieren, indem verschiedene Synthese Parameter wie pH-Wert, Temperatur, Dauer und nach dem Glühen. Durch Optimierung dieser Parameter, können wir sehr gleichmäßige, nicht agglomeriert und hoch kristalline NPs zu synthetisieren. Als ein konkretes Beispiel variieren wir die Partikelgröße des La2Hf2O7 NPs durch Veränderung der Konzentration der Ammonium Hydroxid Lösung in der MSS-Prozess, der uns erlaubt, die Wirkung der Partikelgröße auf verschiedenen weiter zu erforschen verwendet Eigenschaften. Es wird erwartet, dass die MSS-Methode ein beliebter Synthese-Methode für Nanomaterialien und vieles mehr in den kommenden Jahren in der Nanowissenschaft und Nanotechnologie Gemeinschaft eingesetzt werden.
Introduction
Molten-Salz-Synthese (MSS) beinhaltet die Verwendung von einer Salzschmelze als dem Reaktionsmedium für die Zubereitung von Nanomaterialien aus ihrer konstituierenden Vorstufen. Das flüssige Salz wirkt als Lösungsmittel und erleichtert die verbesserte Reaktionsgeschwindigkeit erhöht die Kontaktfläche zwischen Reaktanden und ihre Mobilität. Die Wahl von Salzschmelzen ist von größter Bedeutung für den Erfolg der MSS-Methode. Das Salz muss einige wichtige Qualitätsanforderungen wie niedrigen Schmelzpunkt, Kompatibilität mit reagierenden Spezies und optimale wässrige Löslichkeit. Geschmolzenes Salz wurde früher verwendet, um die Kinetik der Festkörperreaktionen erhöhen; in einem Fluss-System, wird jedoch nur eine kleine Menge geschmolzenes Salz verwendet (im Gegensatz zu in Mitgliedstaaten, in denen eine große Menge hinzugefügt bilden lösliche Medium für die Reaktion und die Eigenschaften der synthetisierten Nanomaterialien wie Partikelgröße, Form und Kristallinität zu kontrollieren etc.). In diesem Sinne ist MSS eine Modifikation der Pulver-metallurgischen Methode und unterscheidet sich von der Flussmittel Methode1,2,3. Die Beschäftigung von geschmolzenem Salz kann (1) Erhöhung der Reaktion kinetischen Rate4 und gleichzeitig die Synthese Temperatur5, (2) Erhöhung der Grad der Reaktanten Homogenität6, (3) Steuern kristalliner Größe und Morphologie7und (4) die Senkung der Agglomeration.
Nanomaterialien wurden in der hohen Nachfrage in der wissenschaftlichen Forschung und neuartige industrielle Anwendungen wegen ihrer überlegenen elektrische, chemische, magnetisch, optischen, elektronischen und thermischen Eigenschaften. Ihre Eigenschaften sind stark abhängig von der Korngröße, Form und Kristallinität. Verglichen mit anderen Synthesemethoden für Nanomaterialien, hat MSS mehrere offensichtliche Vorteile; Obwohl es noch nicht so bekannt wie andere Synthesemethoden in der Nanowissenschaft und Nanotechnologie Gemeinschaft ist. Wie unten beschrieben, sind diese Vorteile seine Einfachheit, Zuverlässigkeit, Skalierbarkeit, Generalizability, Umweltfreundlichkeit, Preis-/Leistungsverhältnis, relativ niedrige Synthese Temperatur und kostenlose Agglomeration von NPs mit sauberen Oberfläche8.
Einfachheit: Die MSS-Prozess kann leicht in einem einfachen Labor mit einfacher Ausstattung durchgeführt werden. Keine raffinierten Instrumentation ist erforderlich. Vorstufen und Salzschmelzen sind stabil, keine Notwendigkeit für Handschuhfach Handling.
Zuverlässigkeit: Sobald alle ersten Synthese Parameter wie Konzentration, pH-Wert, Bearbeitungszeit und Ausglühen Temperatur optimiert sind, sind qualitativ hochwertige und reine Produkte sicher, bei Verwendung der MSS-Methode. Wenn alle Synthese Schritte korrekt durchgeführt werden, können die Endprodukte alle grundlegenden Kriterien für gute NPs erreichen. Ein Neuling auf die MSS-Methode ändert nicht das Ergebnis der Synthese, solange alle Synthese Parameter ordnungsgemäß und sorgfältig befolgt werden.
Skalierbarkeit: Die MSS-Methode Fähigkeit, große Mengen an Größe und Form kontrolliert Partikel zu produzieren ist entscheidend. Dieser kritische Faktor ist wichtig, weil es für die Bestimmung der industriellen Nützlichkeit und Effizienz ermöglicht. Im Vergleich zu anderen Synthesetechniken, erzeugen MSS einfach eine ausreichende Menge an Produkten durch Anpassung stöchiometrische Mengen während des Prozesses. Dies ist ein wichtiges Merkmal der Methode, weil es für die Bequemlichkeit auf industrieller Ebene, so dass es einen mehr gewünschten Ansatz aufgrund dieser Skalierbarkeit9,10erlaubt.
Generalizability: Die MSS-Methode ist auch eine verallgemeinerbare Technologie zur Erzeugung von Nanopartikeln mit verschiedenen Kompositionen. Anders als einfache Metalloxide und einige Fluoride, Nanomaterialien von komplexen Metalloxide, die erfolgreich durch die MSS-Verfahren synthetisiert worden sind Perovskites (ABO3)10,11,12, 13,14, Spinell (AB2O4)15,16, Pyrochlor (A2B2O7)4,17,18, 19und orthorhombic Strukturen (A2B4O9)2,3,20. Genauer gesagt, sind diese Nanomaterialien Ferrite, Titanate, Niobates, Mullit, Aluminium Borat, Wollastonit und kohlensäurehaltige Apatit7,9,21. Die MSS-Methode ist auch verwendet worden, um Nanomaterialien von verschiedenen Morphologien z. B. Nanokugeln4Keramik Pulver Körper22, Nanoflakes23, Nanoplates7, Laptops24und Kern-Schale zu produzieren Nanopartikeln (NPs)25, je nach Synthese und Kristallstruktur der Produkte.
Umweltfreundlichkeit: mehrere traditionelle Methoden zur Herstellung von Nanomaterialien beinhalten die Verwendung von großen Mengen an organischen Lösungsmitteln und giftige Stoffe, die Umwelt zu erzeugen. Die teilweise oder vollständige Beseitigung der Gebrauch davon und die Entstehung von Abfall durch nachhaltige Prozesse ist in der Nachfrage der grünen Chemie heute8. Die MSS-Methode ist ein umweltfreundlicher Ansatz zu synthetisieren Nanomaterialien durch ungiftige chemische und erneuerbare Materialien und Energie, Abfälle und Nebenprodukte zu minimieren.
Relativ geringen Synthese Temperatur: die Verarbeitungstemperatur der MSS-Methode ist relativ niedrig im Vergleich zu jener in eine konventionelle Festkörper-Reaktion-26 oder eine Sol-Gel Verbrennung Reaktion27erforderlich. Diese niedrigere Temperatur spart Energie bei der Herstellung von qualitativ hochwertigen NPs.
Preis-/Leistungsverhältnis: The MSS-Methode erfordert harten oder kostspieligen Reaktanden oder Lösungsmittel noch spezialisierte Instrumentierung. Wasser ist das wichtigste Lösungsmittel für das Waschen entfernt die verwendeten Salzschmelzen, die auch billig sind. Darüber hinaus enthält Versuchsaufbau benötigt nur einfache Gläser und ein Ofen ohne spezielle Instrumentierung, während Nanomaterialien mit komplexer Zusammensetzung und feuerfesten Art produziert werden können.
Agglomeration mit sauberen Oberfläche: während der MSS-Prozess, die gebildeten Nanopartikel sind gut dispergierte in das geschmolzene Salz Medium aufgrund seiner großen Menge verwendet, zusammen mit seiner hohen ionischen Stärke und Viskosität1,6, 8. im Gegensatz zu kolloidalem Synthese und die meisten hydrothermalen/Solvothermal Prozesse, keine schützende Oberflächenschicht ist notwendig, die kontinuierliches Wachstum und Agglomeration von der gebildeten NPs zu verhindern.
Vorbildliche Synthese von komplexen Metalloxid NPs durch die MSS-Methode: die MSS-Methode als eine universelle und kostengünstige Ansatz zur rational und groß angelegte synthetisieren Nanomaterialien für ein ausreichend breites Spektrum von Material von Wissenschaftlern sehr begrüßt werden kann Arbeiten im Bereich der Nanowissenschaften und Nanotechnologie. Hier, Hafnate Lanthan (La2Hf2O7) wurde gewählt wegen seiner multifunktionalen Anwendungen in den Bereichen von x-ray imaging, hohe k-Dielektrikum, Lumineszenz, thermografische Phosphor, thermische Barriere Beschichtung, und nukleare Abfälle Host. La2Hf2O7 ist auch ein guter Gastgeber für dotierten Szintillatoren aufgrund seiner hohen Dichte, große effektive Ordnungszahl und die Möglichkeit, seine Kristallstruktur, zusammen mit einer Bestellung-Störung Phasenübergang konstruiert werden. Es gehört zu den A2B2O7 Family von Verbindungen, in denen "A" ist eine seltene – Erd-Element mit einer Oxidationsstufe + 3, und "B" steht für ein Übergang metallisches Element mit einer Oxidationsstufe + 4. Aufgrund der feuerfesten Natur und komplexen chemischen Zusammensetzung wurde jedoch ein Mangel an richtige Niedertemperatur- und groß angelegte Synthesemethoden für La2Hf2O7 NPs.
Für grundlegende wissenschaftliche Untersuchung und fortschrittliche technologische Anwendungen ist es eine Voraussetzung monodispers, qualitativ hochwertige und einheitliche A2B2O7 NPs. Hier verwenden wir die Synthese von hoch kristalline La2Hf2O7 NPs als Beispiel die Vorteile der MSS-Methode zu demonstrieren. Wie in Abbildung 1schematisch dargestellt La2Hf2O7 NPs wurden durch die MSS-Methode mit einem zweistufigen Prozess nach unseren früheren Berichten vorbereitet. Erstens eine Hand komplexe Vorstufe des La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O wurde über eine Coprecipitation Route vorbereitet. Im zweiten Schritt Größe-steuerbare La2Hf2O7 NPs wurden synthetisiert durch den facile MSS-Prozess mit der Hand komplexe Vorläufer und Nitrat-Mischung (NaNO3: KNO3 = 1:1, molare Verhältnis) an 650 ° C für 6 h.
Abbildung 1 : Schematische Darstellung der Synthese Schritte für La 2 HF 2 O 7 NPs über die Methode der MSS. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
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Protocol
1. Vorbereitung der Hand komplexe Vorstufe über einen Coprecipitation Weg
- Vorbereitung von Lanthan und Hafnium-Vorläufer-Lösung
- 200 mL destilliertes Wasser in einen 500-mL-Becherglas zu messen und start bei 300 u/min rühren.
- Lanthan und Hafnium Vorläufer im [d. h. 2,165 g Lanthan Nitrat Hexahydrat (La (Nr.3)3•6H2O) und 2,0476 g von Hafnium Paraquatdichlorid Oxid Octahydrate (HfOCl2•8H2O)] rühren Wasser auflösen.
- Lassen Sie die Lösung für 30 min. vor Beginn der Titration rühren.
- Vorbereitung der verdünnten Ammoniak-Lösung
- Bereiten Sie 200 mL verdünnten Ammoniak-Lösung mit verschiedenen Konzentrationen, einschließlich 0,75 %, 1,5 % 3,0 %, 6,0 % und 7,5 %. Z. B. Fügen Sie 20 mL konzentrierte Ammoniaklösung (NH4OH (Aq), 28-30 % hinzu) bis 180 mL destilliertes Wasser in einem separaten Becherglas um 3,0 % verdünnt Ammoniak-Lösung zu machen.
- Titration und den komplexen Vorläufer von Hand waschen
- Fügen Sie die verdünnten Ammoniak-Lösung, die im vorherigen Schritt in einer Bürette vorbereitet und sorgen dafür, dass die Bürette jederzeit gedeckt ist, da Ammoniak-Lösung neigt, zu verdunsten, welches seine Konzentration verringert.
- Fügen Sie die verdünnten Ammoniak-Lösung in die Bürette tropfenweise in die bewegende Lösung von Lanthan Nitrat und Hafnium Paraquatdichlorid Oxid.
- Passen Sie die Abwurf-Geschwindigkeit der Ammoniak-Lösung entsprechend an, so dass es über einen Zeitraum von 2 h hinzugefügt werden.
- Nach mehreren mL Ammoniaklösung geliefert wurden, stellen Sie sicher, dass die Lösung trüb wird. Dies ist ein einfaches zu unterzeichnen, das den Niederschlag der Hand komplexe Vorstufe des La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O bildet.
- Entfernen Sie nach 2 h den Rührstab und ermöglichen Sie den Niederschlag über Nacht Altern zu.
- Überprüfen Sie den pH-Wert der coprecipitated Lösung vor dem Waschen. Den Niederschlag mit destilliertem Wasser zu waschen, bis der Überstand einen neutralen pH-Wert erreicht dauert in der Regel 5 bis 8 Wäschen.
- Vakuumfiltration und Trocknung der Vorläufer
- Vakuum filter die coprecipitated Lösung, die eine grobe Porosität (40-60 µm; siehe Tabelle der Materialien), den festeren Niederschlag zu trennen von der Überstand ein Filterpapier mit.
- Stellen Sie sicher, dass alle komplexen Vorläufer Reste von den Wänden des Bechers gewaschen werden.
- Luft trocknen die resultierende Hand komplexe Vorstufe La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O bei Raumtemperatur über Nacht.
(2) Salzschmelze Synthese von Lanthan Hafnate NPs
- Vorbereitung von Salz und Vorläufer Mischung
- 30 Mmol (3,033 g) von Kaliumnitrat (KNO3) und 30 Mmol (2,549 g) von Natriumnitrat (NaNO3) messen.
- Kombinieren Sie die gemessenen Salze mit 0,35 g der als vorbereitet Hand komplexe Vorstufe La(OH)3· HfO(OH)2· n H2O.
- Falls erforderlich, fügen Sie 1-5 mL Aceton oder Ethanol auf die Mischung, das Schleifen zu erleichtern. Stellen Sie sicher, dass das Lösungsmittel verdunstet ist, bevor Sie die Mischung in einen Tiegel platzieren.
- Schleifen Sie die gemischten Salze und Vorläufer so fein wie möglich für ca. 30 min mit einem Mörser und Stößel.
- Molten-Salz-Verarbeitung
- Legen Sie die resultierende Mischung in einem Tiegel Korund, dann legen Sie sie in einem Muffelofen.
- Den Ofen bei 650 ° C für 6 h mit einer Rampe von 10 ° C/min eingestellt.
- Nach der Probe und Ofen auf Raumtemperatur abgekühlt haben, nehmen Sie den Tiegel und Einweichen Sie die Probe in ein Becherglas mit destilliertem Wasser gefüllt über Nacht.
- Waschen und Trocknen der La2Hf2O7 NPs
- Die Probe aus dem Tiegel in einen 1 L Becher zu leeren.
- Waschen Sie die Probe mit destilliertem Wasser 5-8 Mal, bis der Überstand mehr frei von Salzen und nicht bewölkt ist.
- Reinigen Sie das Produkt durch Zentrifugation oder Vakuumfiltration, alle restlichen Verunreinigungen zu entfernen.
- Trocknen Sie das Produkt in den Ofen bei 90 ° C über Nacht.
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Representative Results
Als synthetisiert La2Hf2O7 NPs kann in der bestellten Pyrochlor-Phase existieren. Jedoch könnte chemische doping, Druck und Temperatur die Phase um Fluorit defekt ändern. Es ist möglich, dass unser Material auf mehrere Phasen haben; Hier konzentrieren wir uns jedoch nur auf der Pyrochlor-Phase für Einfachheit. Röntgendiffraktometrie (XRD) und Raman-Spektroskopie wurden verwendet, um systematisch ihre Phase Reinheit, die Struktur und die Phase zu charakterisieren. Die kristalline Größe kann mit Debye-Scherrer-Formel berechnet werden. Auf der anderen Seite Raman-Spektroskopie dient als sekundäre strukturelle Charakterisierung Technik aufgrund seiner hohen Empfindlichkeit gegenüber M-O Schwingungs-Modi28. Es gibt die genaue kristallographische Phase des La2Hf2O7 NPs29.
Im Vergleich zu anderen synthetischen Techniken wie Festkörperreaktionen, hat MSS eine konstante hohe Reaktions-, was bedeutet, dass die Reaktion eher in der Vorwärtsrichtung30gehen. Die Produktion von Pyrochlor La2Hf2O7 wird durch Erhöhung der Grenzflächen Kontaktfläche und Mobilität der Gattung Edukt geschmolzenes Salz Systeminneren erreicht. Abbildung 2 veranschaulicht die XRD Mustern der synthetisierten La2Hf2O7 NPS gemacht durch die MSS-Methode aus der Hand komplexe Vorstufen mit verschiedenen Konzentrationen von Ammoniak-Lösung. XRD Ergebnisse zeigt die Bildung von reinen La2Hf2O7 mit hoher Kristallinität. Die Höchstposition und Miller Indizes können auf der Grundlage des gemeinsamen Ausschusses für Powder Diffraction Standard (TERMTUD) Muster #78-1292 indiziert werden. Keine sichtbaren Verunreinigungen Phasen wie La2O3, Eu2O3oder HfO2 konnten nachgewiesen werden. In Abhängigkeit von der verwendeten Ammoniak Konzentration bis auf die Erhöhung der Partikelgröße gibt es keine Änderung in XRD-Muster. Tabelle 1 zeigt die entsprechenden berechneten Parameter und Partikel Kristallgröße La2Hf2O7 NPs.
Abbildung 2 : X-ray Diffraction Muster der La 2 HF 2 O 7 NPs vorbereitet durch eine Anpassung der verwendeten Ammoniak Lösungskonzentration dann basierend auf den Defekt Fluorit Muster indiziert. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
| Konzentration von NH4verwendet OH(aq) | XRD Daten der synthetisierten La2Hf2O7 NPs | |||
| 2Θ (°) | FWHM (Β) | Gitterparameter (Å) | Partikelgröße (nm) | |
| [0,75 %] | 28.57 | 0,4 | 10.81 | 19: 00 Uhr |
| [1,5 %] | 28.64 | 0,39 | 10,79 | 20.00 Uhr |
| [3,0 %] | 28.67 | 0,37 | 10,78 | 21: 00 Uhr |
| [6,0 %] | 28.69 | 0,31 | 10,77 | 26.00 |
| [7,5 %] | 28.74 | 0,27 | 10,75 | 29.00 |
Tabelle 1 : Kristallographische Parameter und Partikel Größe des La 2 HF 2 O 7 NPs vorbereitet durch eine Anpassung der verwendeten Ammoniak Lösungskonzentration zeigen eine kontinuierliche Partikel Größe Wachstum. FWHM = voller Breite maximal Hälfte.
Es gibt zwei häufige Phasen der A2B2O7 Verbindungen: der ungeordneten Fluorit und bestellten Pyrochlor Phase. Die ungeordneten Fluorit-Phase besteht in der Raumgruppe Fm3̅m, wobei die kationischen Ionen (3 + und B4 +) sind zufällig verteilt, so dass für einen aktiven Modus. Auf der anderen Seite vorhanden bestellten Pyrochlor Phase in Fd3̅m Raumgruppe. Daher weist es strukturelle Ähnlichkeit mit Fluorit-Phase außer, dass es zwei kationischen Websites, drei anionischen Websites [48f (Oich), 8a (OII), und 8 b (OIII)], und 1/8th des Sauerstoff-Ionen (OIII) bei 8 b Seite nicht vorhanden in der Pyrochlor-Struktur, 6 aktiven Modi19,28,29, zulassend. Basierend auf der Gruppentheorie, hat die Fehlerstruktur Fluorit eine Schwingungs-Modus durch T2g, während eine Pyrochlor-Phase sechs Schwingungs-Modi im Bereich von 200-1000 cm-1. Diese Informationen sind wichtig für die Identifizierung der richtigen Phase des La2Hf2O7 NPs (Abbildung 3). In diesem Fall sind die vorbereiteten La2Hf2O7 NPs in reinen Pyrochlor Form.
Abbildung 3 : Raman-Spektren der La 2 HF 2 O 7 NPs durch Anpassung der verwendeten Ammoniak Lösungskonzentration, mit sechs aktiven Modi, die im Zusammenhang mit der Pyrochlor-Phase vorbereitet. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
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Discussion
Das Diagramm in Abbildung 4 bietet mehrere zuverlässige Steuerungsgrößen der MSS-Methode und Konten für alternative Wege um die Funktionen von synthetischer Nanomaterialien zu optimieren. Darüber hinaus hilft es, wichtige Schritte in der MSS-Prozess zu identifizieren.
Abbildung 4 : Flussdiagramm der kritischen Schritte des MSS unter Angabe der kontrollierenden Faktoren des synthetischen Verfahrens für NPs mit möglichen Wege, um ihre Eigenschaften zu optimieren. Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.
Erstens ist die Identität der Vorläufer kritisch, vor allem für die Synthese von komplexen Metall-Oxid-NPs. Bei der Herstellung einer2B2O7 NPs ist es wichtig, zuerst eine Hand komplexe Vorstufe generieren, die wichtigsten Elemente, aus denen das Endprodukt [d. h. A und B, auf atomarer Ebene mit der Formel von A(OH)3 enthält ·Bo(Oh)2· n H2O]. In diesem Experiment konnte die Teilchengröße des endgültigen La2Hf2O7 NPs gesteuert werden während dieses Schrittes durch Anpassung der Konzentration von Titriermittel Ammoniak-Lösung, wo eine höhere Konzentration der Ammoniak-Lösung größere La erzeugt 2 HF2O7 NPs. Anderen Studien wurden auch durchgeführt, um einen2B2O7 NPs mit verschiedenen Vorprodukten, wie handelsübliche Nitrate oder Oxide, enthält die wichtigsten Elemente eines2B2O7, jedoch haben keine4gearbeitet. Die Vorteile von diesem amorphen Hand komplexe Vorläufer sind, dass die kompositorischen Elemente eines2B2O7 auf atomarer Ebene gemischt sind und sind homogen verteilt in der gleichen Reihenfolge wie im Finale ein2B2 O7 Produkt, verringern den Raum oder Bereich über die Edukte transportiert werden müssen.
Zweitens hat die Auswahl der richtigen Salzschmelze große Bedeutung bei der Beschaffung von Nanomaterialien mit wünschenswert Morphologie und Merkmale. Der Schmelzpunkt des ausgewählten Salz sollte für die Synthese der benötigten Phase von Nanomaterialien geeignet. Die Bildung von Nanomaterialien richtet sich letztlich nach der Schmelzpunkt von Salzen als flüssige Lösungsmittel, z. B. Alkali-Chlorid, Sulfat, Carbonat oder Hydroxid1,6,31,32verwendet. Es wurde berichtet, dass die Verwendung von verschiedenen Salzschmelzen Bildungstemperatur, damit eine Veränderung der Partikel Größe und Morphologie18ändern kann.
Darüber hinaus neigt die Ramp-Rate um die Synthese von NPs zu beeinflussen. Eine schnelle Rampe Rate tendenziell agglomerierte NPs33, zu erzeugen, die ihre Eigenschaften beeinflusst. Im Falle von leuchtenden und funkeln Materialien, hohe Agglomeration ist nicht wünschenswert, wie möglich Scatter aufgeregt und emittiert Licht17,19. Eine langsame Rampe eignet sich somit besser und ermöglicht genug Zeit, um die tatsächliche Temperatur im Inneren der Tiegel zu erreichen. Langsamer Kühlvorgang ermöglicht in der Regel für NPs mit einer Kugelform34bilden.
Ein weiteres wichtiges Kriterium für die Auswahl des Salzes ist, dass es ausreichend wässrige Löslichkeit haben sollte. Mit einfachen waschen mit Wasser, sollten die verwendeten geschmolzene Salz leicht nach der MSS weggespült werden.
Zu guter Letzt ist die Zugabe einer flüchtigen Flüssigkeit wie Aceton und Ethanol während das Mischen der Salze verwendet und Hand komplexe Vorläufer hilft Leichtigkeit des Schleifens aber nicht wesentlich. Die Zugabe von Flüssigkeit ist hilfreich, um eine homogene Mischung in kürzerer Zeit und erfordert weniger Aufwand, der bei der Schaffung von pure Produkte wichtig ist. Die zusätzliche flüchtige Flüssigkeit hat keinen Einfluss auf die Eigenschaften des resultierenden NPs, da es vollständig bis zum Jahresende den Schleifprozess verdunstet. Aufgrund der hohen Volatilität kann der Betrag addiert überall von 1 bis 5 mL reichen.
Die MSS-Methode ist eine einfache und einfache Möglichkeit, NPs an jeder Universität und Industriestandort zu synthetisieren. Allerdings können Änderungen des Protokolls vorgenommen werden. Für den Fall, dass ein Vakuum Filtersystem nicht verfügbar ist, kann z. B. der Hand komplexe Vorläufer aus dem Coprecipitation-Schritt erhalten zentrifugiert. Verschiedenen eutektische Salz Mischungen können Ingenieur NPs mit gewünschten Eigenschaften verwendet werden.
Obwohl die MSS-Methode in der Regel leicht ist eingesetzt werden, gehören Einschränkungen (1) die Möglichkeit, die Produktbildung durch die Kontaktfläche des ungleichen Reaktanden in der Reaktion1begrenzt wird. Darüber hinaus (2) nicht jedes nanostrukturierten Produkt werden in ausgewählten Salzschmelzen gebildet. Diese Fälle sind selten, aber sicherlich35passieren können. Es ist wünschenswert, dass die ausgewählten Salze nur als reines Lösungsmittel handeln und nicht mit den Edukten oder Produkten reagieren. Darüber hinaus häufige Fehler, die die Qualität der endgültigen Nanoparticle Produkte behindern können, gehören die folgenden: (1) zuerst kann die Bürette während der Titration nicht abgedeckt ist, das die Konzentration von Ammonium Hydroxid zu ändern und schließlich ändern die Größe der erhaltenen Nanopartikel. Ein weiterer häufiger Fehler ist (2) der Coprecipitation einen Zeitraum von zwei Stunden nicht zu geben, zu bilden. Hinzufügen der Ammoniak-Titriermittel zu schnell wirkt sich die Coprecipitation Kinetik, die inhomogene komplexe Vorläufer machen könnte. Die dritte Falle ist (3) nicht Schleifen, Salt(s) und Vorläufersubstanz(en) so fein wie möglich, die unreinen Produkte oder inhomogene Partikel erzeugt.
Die MSS-Methode ist einfach, effektiv, schnell, Niedertemperatur- und Kosten-effizient wie mit zuvor berichteten Ergebnisse im Vergleich zu konventionellen Solid-State- und Sol-Gel/Verbrennung Synthese Methoden27nachgewiesen. Es ist auch skalierbare, zuverlässige und verallgemeinerbare in Bezug auf die Agglomeration kostenlos NPs ohne schützende Deckschicht, im Gegensatz zu kolloidalem und hydrothermale/Solvothermal Synthesemethoden zu machen.
Anwendung der MSS-Methode hat in den letzten Jahrzehnten aus ferroelektrischen und ferromagnetischen Materialien, Materialien für Lithium-Ionen-Batterien36, Halbleiter17,37, Leuchtstoffe17, verbreitet 19und Elektro-Katalysatoren38,39, vor allem für nanoskaligen Materialien, insbesondere solche mit komplexen Kompositionen. Zusammenfassend stellt die MSS-Methode einen geeigneten Weg bei der Synthese von einfachen und komplexen Metall-Oxid-NPs. Es wird erwartet, dass die MSS-Methode eine noch beliebter Synthese-Methode für Nanomaterialien und vieles mehr in den kommenden Jahren in der Nanowissenschaft und Nanotechnologie Gemeinschaft eingesetzt werden.
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Disclosures
Es gibt keine Konflikte zu erklären.
Acknowledgments
Die Autoren danken der finanzielle Unterstützung durch die National Science Foundation unter CHE (Award #1710160) und USDA nationalen Institut für Ernährung und Landwirtschaft (Award #2015-38422-24059). Der Fakultät für Chemie an der University of Texas Rio Grande Valley ist dankbar für die großzügige Unterstützung durch einen Abteilungs Zuschuss von Robert A. Welch Foundation (Grant Nr. BX-0048). S.K.G. möchte die Vereinigten Staaten und Indien Education Foundation (USIEF) und das Institut International Education (IIE) für seine Fulbright Nehru Postdoctoral Fellowship (Award #2268/FNPDR/2017) danken.
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 |
References
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