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Chemistry

纤维素纳米纤维生物模板复合气凝胶的合成方法

Published: May 9, 2019 doi: 10.3791/59176
Automatic Translation
1, 1, 1,2, 1, 3, 1, 1
1Department of Chemistry and Life Science, United States Military Academy, 2Department of Mathematical Sciences, United States Military Academy, 3Armament Research, Development and Engineering Center, U.S. Army RDECOM-ARDEC

Summary

提出了纤维素纳米纤维生物模板复合气凝胶的合成方法。由此产生的复合气凝胶材料为催化、传感和氢气储存应用提供了潜力。

Abstract

本文提出了一种合成纤维素纳米纤维生物模板化复合气凝胶的方法。惰性金属气凝胶合成方法往往导致脆弱的气凝胶形状控制不良。使用Carboxy甲基化纤维素纳米纤维(CNFs)形成共价粘结水凝胶,可减少金属离子,如在CNF上,在上临界后控制纳米结构和宏观气凝胶单体形状干燥。在存在乙烯二胺的情况下,使用1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)盐酸甲酰胺(EDC)实现碳甲基化纤维化纳米纤维的交联。CNF 水凝胶在整个合成步骤中保持其形状,包括共价交联、与前体离子的平衡、高浓度还原剂的金属还原、水中的沉淀、乙醇溶剂交换和 CO2超临界干燥。改变前体钚的电浓度,可以通过直接的电子化学还原来控制最终气凝胶复合材料中的金属含量,而不是依赖于其他预成型纳米粒子的相对缓慢的凝聚溶胶技术。该方法以扩散为基础,将化学物种引入和去除水凝胶,适用于较小的散装几何形状和薄膜。纤维素纳米纤维-铂复合气凝胶的特征,带扫描电子显微镜、X 射线衍射学、热重力分析、氮气吸附、电化学阻抗光谱和循环伏特测量表示具有高表面积、金属化的多孔结构。

Introduction

基斯特勒首先报道的气凝胶,提供比散装材料1、2、3密度低的多孔结构。贵金属气凝胶因其在功率和能源、催化和传感器应用方面的潜力而引起了科学界的兴趣。贵金属气凝胶最近通过两种基本策略合成。一种策略是诱导预先形成的纳米粒子4、5、6、7的凝聚。纳米粒子的溶胶凝聚可以由链接分子驱动,溶液离子强度的变化,或简单的纳米粒子表面自由能量最小化7,8,9。另一个策略是从金属前体溶液9、10、11、12、13的单一还原步骤中形成气凝胶。这种方法还用于形成双金属和合金贵金属气凝胶。第一种策略通常很慢,可能需要长达数周的纳米粒子凝聚14。直接还原方法虽然通常比较快,但宏观气凝胶单体的形状控制较差。

一种可能的综合方法,以解决挑战与控制惰性金属气凝胶宏观形状和纳米结构是采用生物温度15。生物模板利用从胶原蛋白、明胶、DNA、病毒到纤维素等生物分子,为纳米结构的合成提供一个形状导向模板,由此产生的金属纳米结构具有生物模板分子16,17。纤维素纳米纤维作为生物模板很有吸引力,因为纤维素材料具有高天然丰度,其高纵横比线性几何形状,以及化学功能化其葡萄糖单体的能力 18,19 20,21,22,23.纤维素纳米纤维 (CNF) 已用于合成用于光阳极24的三维 TiO2纳米线、用于透明纸电子25的银纳米线 25 和用于催化的铂气凝胶复合材料26.此外,TEMPO氧化纤维素纳米纤维已被用作生物模板和还原剂在制备铂装饰CNF气凝胶27。

这里提出了一种合成纤维素纳米纤维生物模板复合气凝胶的方法。形状控制较差的易碎气凝胶适用于一系列贵金属气凝胶合成方法。用于形成共价水凝胶的Carboxy甲基化纤维素纳米纤维(CNFs)允许减少CNF上的金属离子,如金晶,从而在超临界干燥后控制纳米结构和宏观气凝胶单片形状。Carboxy甲基化纤维素纳米纤维交联是使用1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基)盐酸甲二酰胺(EDC)在乙烯二胺作为CNF之间的链接分子的情况下实现的。CNF 水凝胶在整个合成步骤中保持其形状,包括共价交联、与前体离子的平衡、高浓度还原剂的金属还原、水中的沉淀、乙醇溶剂交换和 CO2超临界干燥。前体子浓度变化允许通过直接减少的气凝胶金属含量来控制最终气凝胶的金属含量,而不是依赖于在溶胶方法中使用的预成型纳米粒子的相对缓慢的凝聚。该方法以扩散为基础,将化学物种引入和去除水凝胶,适用于较小的散装几何形状和薄膜。纤维素纳米纤维-铂复合气凝胶的特征,带扫描电子显微镜、X 射线衍射学、热重力分析、氮气吸附、电化学阻抗光谱和循环伏特测量表示高表面积,金属化的多孔结构。

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Protocol

注意:使用前请查阅所有相关的安全数据表 (SDS)。执行化学反应时,请使用适当的安全实践,包括使用烟罩和个人防护设备 (PPE)。氢气的快速演化会导致反应管中的高压,导致瓶盖爆裂,溶液喷出。确保反应管保持打开状态,并指向远离实验者,如协议中规定的那样。

1. 纤维素纳米纤维水凝胶制备

  1. 纤维素纳米纤维溶液的制备:通过将1.5克的Carboxy甲基纤维化纳米纤维与50 mL的去离子水混合,制备3%(w/w)纤维素纳米纤维溶液。将溶液和涡旋摇动1分钟。在环境温度下将溶液在沐浴声波器中声波24小时,以确保完全混合。
  2. 制备交联溶液:首先将0.959克EDC和0.195克2-(N-变形)甲酸(MES)缓冲液加入2.833 mL的去离子水。涡。加入0.167 mL的乙烯二胺。涡流15s.通过添加1.0 M HCl和去离子水,将最终体积调整为10 mL,pH调整为4.5。
    注:最终交联溶液浓度为0.5M EDC、0.25 M乙烯二胺和0.1M MES缓冲液。
  3. 纤维素纳米纤维溶液的离心:将3%(w/w)纤维素纳米纤维溶液的移液器0.25 mL放入6个微熔管(1.7 mL或2.0 mL)中。以 21,000 x g 将微熔管离心 20 分钟。使用移液器去除压实的 CNF 上方的多余水,避免与顶部表面接触。
    注:离心后,纤维素纳米纤维溶液在浓缩的CNF和清晰的上清液之间呈现出明显的界面。根据去除多余的水,最终的CNF浓度约为3.8%。
  4. 交叉链接纤维纳米纤维水凝胶。EdC 和二胺交联溶液的移液器 1.0 mL 高于每个微熔管中压实的纤维素纳米纤维。等待至少 24 小时,使交联溶液通过凝胶扩散,并交联 CNF。
  5. 凝胶除液:用移液器去除微熔管中的交联溶液上清液。打开微熔管盖后,将含有交联CNF凝胶的微熔管浸入1 L的去离子水中至少24小时,以去除CNF水凝胶内的多余交联溶液。
  6. 傅立叶变换红外 (FTIR) 光谱:将约 0.5 mL 的 3% (w/w) CNF 溶液置于样品阶段的去离子水中,并扫描 650 - 4000 厘米-1的透射百分比。使用相同的扫描条件,并重复从步骤 1.5 的 CNF 交联水凝胶。

2. 纤维素纳米纤维的制备 - 铂复合水凝胶

  1. 准备 Pd(NH3)4Cl2溶液。准备 10 mL 的 1.0M Pd(NH 3)Cl2溶液。涡旋溶液为15s.稀释1.0M Pd(NH3)Cl2溶液至1mL体积,在1,10,50,100,500和1000 mM。
    注:1.0 M NaPdCl4溶液和相应的稀释物可使用,导致类似的最终气凝胶结构。
  2. 平衡纤维素纳米纤维水凝胶在铂溶液中。微熔管中纤维素纳米纤维水凝胶顶部的1、10、50、100、500和1000mM Pd(NH 3)Cl2溶液中的移液器1 mL。等待至少24小时,让铂溶液在水凝胶内平衡。
  3. 准备 NaBH4还原剂解决方案。准备 60 mL 的 2 M NaBH4溶液。将NaBH4溶液的10 mL等液放入6个15 mL锥形管中。
    注:2M NaBH4溶液是一种高度浓缩的还原剂溶液,应在化学烟气罩内处理。将观察到自发分解和氢气演化。确保管子指向远离实验者的地方,并佩戴适当的 PPE。
  4. 首先减少纤维素纳米纤维水凝胶上的铂盐:用平衡的CNF水凝胶倒置微熔管,轻轻敲击去除水凝胶。在化学烟气罩中,用扁平钳子,将每个平衡的CNF水凝胶放入15 mL锥形管中,内装有10 mL的NaBH4溶液。允许减少 24 小时。
    注:将平衡的CNF凝胶放入2M NaBH4溶液中后,就会发生剧烈的氢气演化。确保反应管保持打开状态,并指向远离实验者的地方。
  5. 准备第二个 NaBH4还原剂解决方案。准备 60 mL 的 0.5 M NaBH4溶液。将NaBH4溶液的10 mL等液放入6个15 mL锥形管中。
  6. 纤维素纳米纤维水凝胶上第二次减少铂盐:在烟气罩中,使用一对扁平钳子将2M NaBH4溶液中的每个水凝胶转移到0.5M NaBH4溶液中。允许减少 24 小时。
    注:2M NaBH4溶液中最初减少的CNF凝胶在转移步骤期间将机械稳定。然而,在溶液转移步骤中,应与平钳子一起使用轻压,以避免凝胶压实。
  7. 冲洗纤维素纳米纤维-铂复合凝胶。使用扁平钳子,将每个减少的铂-CNF凝胶转移到圆锥管中的50 mL去离子水中。在12小时后更换去离子水,让凝胶至少再冲洗12小时。
  8. 在纤维素纳米纤维-铂凝胶中进行乙醇溶剂交换。使用扁平钳子将冲洗过的CNF-铂凝胶依次转移到50 mL,25%、50%、75%和100%乙醇溶液,每个溶液中至少6小时。

3. 气凝胶制备

  1. 与乙醇进行溶剂更换后,在设定点为 35°C 和1200 psi 的超临界干燥器中使用 CO2 干燥 CNF-铂凝胶。超临界干燥完成后,在打开和取出气凝胶之前,让腔室平衡至少12小时。
    注:偶尔,从超临界干燥机中取出时,观察到500 mM和1000 mM样品有可燃物,这归因于存在氢化钠。12小时超临界室平衡旨在允许氢气的外气。

4. 复合气凝胶材料特性

  1. 扫描电子显微镜(SEM):用剃刀刀片切割CNF-铂气凝胶,以获得约1-2毫米厚的薄膜。将薄膜样品与碳胶带固定在 SEM 样品存根上。最初使用 15 kV 的加速电压和 2.7 - 5.4 pA 的光束电流来执行成像。
  2. X 射线衍射法 (XRD): 将 CNF-铂气凝胶放在样品支架中,并将气凝胶顶部与支架顶部对齐。或者,将薄膜样品部分(如步骤 4.1)放在玻璃玻片上。在 45 kV 和 40 mA 下,使用 Cu K+辐射(1.54060 Ω)、2 μ 步长大小为 0.0130 Ω 和每步 20 s,对衍射角度 2° 进行 XRD 扫描,从 5 ° 到 90°。
  3. 热重力分析 (TGA):将气凝胶样品放入仪器熔炉中。通过60 mL/min的流动氮气和从环境温度到700°C的10°/分钟加热来进行分析。
  4. 氮气吸附-吸附:在室温下将样品脱气24小时。使用-196°C时的氮气作为测试气体,其吸附和解吸时间分别为60s和120s。
    注:不建议提高脱气温度以避免纤维素纳米纤维分解。
  5. 电化学表征。
    1. 将气凝胶样品浸入 0.5 M H2SO4电解质中 24 小时。
    2. 使用带有 Ag/AgCl (3 M NaCl) 参考电极、0.5 mm 直径 Pt 线辅助/计数器电极和 0.5 mm 直径铂工作电极的漆涂层电池。将涂有1毫米外露尖端的漆涂线与气凝胶的顶面接触,置于电化学瓶12的底部。
    3. 使用 10 mV 正位波执行从 1 MHz 到 1 mHz 的电化学阻抗光谱 (EIS)。
    4. 使用 ±0.2 到 1.2 V(与 Ag/AgCl)的电压范围执行循环电压测量 (CV),扫描速率为 10、25、50、75 和 100 mV/s。

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Representative Results

图1描述了在乙烯二胺存在的情况下将纤维素纳米纤维与EDC共价交联的方案。EDC 交联导致卡博基和原胺功能组之间的酰胺键。鉴于Carboxy甲基纤维素纳米纤维仅具有用于交联的甲酰基组,因此,存在二胺链接分子(如乙烯二胺)对于通过两个酰胺键将两个相邻的CNF共价连接至关重要。为了确认交联,图2显示了与CNF水凝胶相比,在存在乙烯二胺的情况下与1-乙基-3-(3-二甲基氨基)盐酸甲二酰胺(EDC)交联后,CNF溶液的FTIR光谱为3%(w/w)。在FTIR分析之前,CNF和交联CNF水凝胶在去离子水中进行了平衡。3%(w/w)CNF溶液在大约3200至3600厘米-1之间呈现一个宽峰值,并归因于O-H拉伸28。1595cm-1的突出峰值可能归因于-COO-Na+ 组对 Carboxy甲基纤维素纳米纤维的振动29。在乙烯二胺的存在下,将甲基纤维素纳米纤维与EDC交联后,产生了三种粘合可能性。第一种是两个CNF与乙烯胺之间的有效交联,在CNF的甲苯甲酰胺上形成两个酰胺键。第二种是乙烯二胺与CNF甲酰胺形成单一酰胺键,在二胺分子的另一端与原胺结合。第三种可能性是EDC形成一个不稳定的o-acylisea中间体,水解以改革最初的碳化物组30。

交联后,3200至3600cm-1之间的宽O-H吸收带减小,出现突出的峰值在3284和3335cm-1,归因于原发胺和酰胺键,由交联的CNF,和CNFs和乙烯二胺之间的单酰胺键,在乙烯二胺分子28、31的端端产生原胺。与 C-H 拉伸相关的 2903cm-1的峰值在交联后变得更加突出,并且归因于来自终端主胺的 -NH3+的存在增加。在波数为 1595 cm-1时,碳基拉伸的减少归因于与乙烯胺交联的 -COO-Na+组数量减少。由于交联而形成的酰胺键在1693年和1668厘米-1的米眼峰,以及1540厘米-1,以及一个小峰在1236厘米-1 28,29,31。

图3描绘了每个合成步骤的照片,包括:共价交联CNF水凝胶(图3a);CNF 在浓度范围为 1、10、50、100、500 和 1000 mM Pd(NH3)4Cl2 (图 3b)或 Na2PdCl4 (图 3c)溶液之间均衡;减少CNF-铂凝胶 (图3d);和超临界干燥的气凝胶复合材料(图3e)。照片展示了这种合成方法提供的形状控制。

图 4a-f中的 SEM 图像描绘了分别从 1、10、50、100、500 和 1000 mM Pd(NH3)4Cl2溶液合成的复合 CNF-铂气凝胶。一般来说,气凝胶存在相互关联的纤维韧带,纳米颗粒尺寸增加,与增加的铂溶液浓度相关。低浓度样品的平均纳米颗粒直径和孔径为:1 mM) 12.6 ± 2.2 nm 和 32.4 ± 13.3 nm;和 10 mM) 12.4 × 2.0 nm 和 32.2 × 10.4 nm。用50 mM和较高的铂浓度合成的气凝胶存在更明显的相互联系的纳米粒子。50、100、500 和 1000 mM 合成浓度的平均纳米颗粒直径分别为 19.5 ± 5.0 nm、41.9 ± 10.0 nm、45.6 ± 14.6 nm 和 59.0 ± 16.4 nm。

图 5中 2 ° 角度的 XRD 光谱表示分别索引到粉末衍射标准联合委员会 (JCPDS) 参考编号 01-087-0643 和 00-018-0951 的铂和氢化物的峰值。随着铂合成浓度的增加,在1000 mM下无法分辨的铂峰和金晶峰变得更加复杂。峰值扩宽的减少与图4中观察到的纳米粒子直径的增加有关。

图6所示的热重力光谱表明,随着合成铂溶液浓度的增加,CNF-铂复合气凝胶中的金属含量在增加。图6c所示的重量百分比与铂合成浓度相比,表明气凝胶复合材料中的金属含量控制在0-75.5%之间。

氮吸附-脱吸等能,以及图7a-b图7c中合成的气凝胶复合材料的相应累积孔径和差异孔径。 -d和图 7e-f分别。物理吸附数据表明IV型吸附-解吸等液表示中孔和大孔结构。布鲁瑙尔-埃米特-泰勒(BET)特定表面积分别为582、456和171 m2/g,分别为1,100和1000 mM铂样品,表明特定表面积在减少,金属含量增加32。巴雷特-乔伊纳-哈伦达(BJH)孔径分析也表明,随着气凝胶的含量增加,有减少频率的中孢33。利用BJH对解吸曲线的分析,1、100和1000mM样品的累积孔径(V孔)为7.37厘米3 /g、6.10厘米3 /g和2.40厘米3 /g。平均样本特定体积(V样本)通过测量体积和除以样本质量来确定。使用方程 (1),1、100 和 1000 mM 的气凝胶孔隙率分别为 97.3%、95.0% 和 90.4%。

% 孔隙度 = (V 孔/V样品) x 100 % (1)

在相同的起始 CNF 共价水凝胶和孔径分布中,样品孔隙随着金属含量的增加而降低,因为减少的金属填充了孔隙空间。

图 8a显示了在 140 kHz 到 15 mHz 的频率范围内使用 10 mA 振幅正正波在 0.5 M H2SO4中进行的 EIS 光谱。图8b所示高频区域中不完全半圆表示CNF-铂复合气凝胶的低电荷转移电阻和双层电容。在 0.5 M H2SO4从 -0.2 V 到 1.2 V(与 Ag/AgCl)中执行的 CV 扫描在扫描速率为 10、25、50 和 75 mV/s 时显示在图 8c中,图 8d中分别显示了 10 mV/s 扫描。CV 扫描显示,在电位小于 0 V 时,氢吸附和脱吸,以及大于 0.5 V 的铂的特性氧化和还原峰值。

Figure 1

图 1.气凝胶合成方案。(a) 交叉连接苯甲基纤维素纳米纤维 (CNF) 与 EDC 和乙烯胺作为链接分子。(b, c)交联甲苯甲基纤维素纳米纤维。(d) CNF 水凝胶与钠溶液平衡。(e) CNF生物模板化的复合气凝胶与NaBH4还原后,进行洗脱,用乙醇进行溶剂交换,以及CO2超临界干燥。经许可从参考文献 26 转载。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 2
图 2.FTIR 光谱 3 % (w/w) 碳化物甲基纤维素纳米纤维 (CNF) 溶液在脱离子水和 CNF 水凝胶交联与 1-乙基-3-(3-二甲基氨基丙基) 盐酸碳化物 (EDC) 存在,并随后在去离子水中平衡。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 3
图 3.气凝胶合成过程照片。(a) 以EDC和乙烯二胺为链接分子的交叉链接碳甲基纤维素纳米纤维氢凝胶。CNF 水凝胶与 1、10、50、100、500 和 1000 mM 的钠溶液平衡,用于 (b) Pd (NH3)4Cl2和 (c) Na2PdCl4。(d ) CNF 生物模板化的紫金凝胶在减少与 NaBH4后。(e) CNF-Pd复合气凝胶经过洗火,溶剂与乙醇交换,CO2超临界干燥。经许可从参考文献 26 转载。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 4
图 4.从Pd(NH 3)制备的CNF-Pd复合气凝胶扫描电子显微镜图像4Cl 2浓度(a) 1 mM;(b) 10 mM;(c) 50 mM;(d) 100 mM;(e) 500 mM;和(f) 1000 mM。经许可从参考文献 26 转载。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 5
图 5.从Pd(NH 3)合成的CNF-Pd复合气凝胶的X射线衍射光谱4Cl2盐溶液浓度为1 mM、10 mM、50 mM、100 mM、500 mM 和 1000 mM。JCPDS 参考 00-018-0951 铂氢化物峰值位置用浅蓝色虚线表示,01-087-0643 铂峰位置呈虚灰色线。经许可从参考文献 26 转载。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 6
图 6.热重力分析(TGA)。(a) 用Pd(NH 3)4Cl2盐溶液合成的气凝胶TGA。(b) 50 mM Pd (NH3)4Cl2样品的 TGA ,来自 (a) 具有差分热分析 (DTA) 的样品。(c) 从 ( a ) 到 600 °C 的铂样品质量 , 从 (a) 换一种不同的铂浓度.经许可从参考文献 26 转载。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 7
图 7.布鲁瑙尔-埃米特-泰勒分析。氮吸附-解吸等分,和孔径分布与累积孔径与气凝胶合成与Pd(NH 3)4 Cl2盐溶液(a,b) 0 mM, (c,d) 100 mM 和 (e,f) 1000 mM.经许可从参考文献 26 转载。请点击此处查看此图的较大版本。

Figure 8
图 8.0.5 M H 中的电化学特性2所以4CNF-Pd 气凝胶从1000 mM Pd (NH3)制备4Cl2.(a) 10 mV 正星波的电化学阻抗光谱在 140 kHz 到 15 mHz 的频率上使用。(b) 从 (a) 到 1.3 kHz 的高频光谱(c) 以 10、25、50 和 75 mV/s 的扫描速率进行循环电压测量 (CV), CV 扫描速率为 10 mV/s (c )。经许可从参考文献 26 转载。请点击此处查看此图的较大版本。

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Discussion

这里介绍的贵金属纤维素纳米纤维生物模板气凝胶合成方法,使气凝胶复合材料具有稳定的金属成分。离心后压实纤维纳米纤维的共价交联导致水凝胶在随后的氧化铝在氧化铝的合成步骤中具有机械的持久性,即钠的电平衡、电化学还原、喷皮、溶剂交换,和超临界干燥。水凝胶稳定性在电化学还原步骤中至关重要,因为还原剂溶液的浓度高(2MNaBH 4),并因此产生猛烈的氢进化。本研究中使用的商用TEMPO氧化纤维素nanofibrils具有标称-COO-Na=分子量1.2mmol/g,纤维素纳米纤维的大致长度和宽度分别为300和10nm,以及3%(w) /w) 溶液的pH为5。可能由于纤维长度短,在浓度为 3%(w/w) 和较少时交联不会产生稳定的水凝胶。将 3% (w/w) 溶液的离心,将纤维压缩到大约 3.8 % (w/w) 的浓度,从而产生很好的交联水凝胶,在电化学还原过程中稳定。高NaBH4浓度是驱动还原剂扩散到水凝胶生物模板所必需的。共价水凝胶宏观形状和生物模板中孔结构的保存是该合成方法的关键优势。在不存在二胺链接器的情况下,不使用EDC进行共价交联,在化学还原步骤中压缩离子CNF水凝胶分解。此外,在减少步骤中,未观察到从CNF-铂气凝胶复合材料扩散的纳米粒子,这表明所有减少的铂都结合在产生的气凝胶内。

合成同质气凝胶复合材料的关键是在每个合成步骤中留出足够的时间进行扩散。使用比协议中指明的时间更短将导致不稳定的凝胶和不完整的美感在整个气凝胶的横截面。这表现在减少、洗火、溶剂交换和干燥步骤过程中的分解,以及气凝胶横截面中的环状层变模式,在外表面附近进行甲变,未完层,或裸纤维素朝向巨石的中心。

提出的合成方法的主要优点是能够控制气凝胶单体形状,控制复合气凝胶金属含量,实现高表面积中孔结构。与 SEM、XRD、TGA、氮气吸附、EIS 和 CV 进行的材料表征表明,有意义的可重复结果与与 SEM 观察到的纳米结构密切相关。此外,其他贵金属盐,如HauCl4+3H2O,K2PtCl 4,Pt(NH3)4Cl2,和Na2PtCl6可用于实现类似的贵金属复合气凝胶11 .

通过改变纤维素纳米纤维共价水凝胶模板的形状,可以改变该协议。压实的 CNF 可通过旋转涂层形成扁平薄膜,或正式应用于任意几何形状,然后根据所介绍的方法进行交联和处理。该方法的主要局限性是每个合成步骤对化学物种扩散时间的依赖性与生物模板水凝胶的厚度相关,以及随后的扩散路径长度。这对所得气凝胶的大小和厚度构成实际限制。今后的工作包括质量转移建模,以确定基于扩散的合成方法的实际局限性,以及克服这些限制的对流方法。在催化应用中广泛使用CNF-铂气凝胶复合材料的另一个潜在问题是,从CNF模板中分离出含金核纳米颗粒的铂金浸出。

这里介绍的合成方法为机械稳定、形状控制、高表面积复合含金属的贵金属气凝胶提供了进步。共价纤维素纳米纤维水凝胶为一系列金属复合材料提供一种材料合成方法,用于能源、催化和传感器应用。

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Disclosures

作者没有什么可透露的。

Acknowledgments

作者感谢美国陆军贝内特实验室的斯蒂芬·巴托卢奇博士和约书亚·莫雷尔博士使用他们的扫描电子显微镜。这项工作得到了美国西点军校的教师发展研究基金赠款的支持。

Materials

Name Company Catalog Number Comments
0.5 mm platinum wire electrode BASi MW-4130 Used for auxillery electrode and separately for lacquer coating and use as a working electrode
1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC) Sigma-Aldrich  1892-57-5
2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid (MES) Sigma-Aldrich 117961-21-4 
Ag/AgCl (3M NaCl) Reference Electrode BASi MF-2052
Carboxymethyl cellulose, TEMPO Cellulose Nanofibrils, Dry Powder University of Maine Process Development Center No 8
Ethanol, 200 proof PHARMCO-AAPER 241000200
Ethylenediamine Sigma-Aldrich  107-15-3
Fourier-Transform Infrared (FTIR) Spectrometer, Frontier Perkin Elmer L1280044
Hydrochloric Acid CORCO 7647-01-0
Na2PdCl4 Sigma-Aldrich 13820-40-1
NaBH4 Sigma-Aldrich 16940-66-2
Pd(NH3)4Cl2 Sigma-Aldrich 13933-31-8
Potentiostat Biologic-USA VMP-3 Electrochemical analysis-EIS, CV
Scanning Electron Mciroscope (SEM) Helios 600 Nanolab ThermoFisher Scientific
Supercritical Dryer Leica EM CPD300 Aerogel supercritical drying with CO2
Surface and Pore Analyzer Quantachrome NOVA 4000e Nitrogen gas adsorption
Thermal Gravimetric Analysis TA instruments TGA Q500
Ultrasonic Cleaner MTI EQ-VGT-1860QTD
XRD PanAlytical Empyrean X-ray diffractometry

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

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