Summary
يتم عرض طريقة توليفية للحصول على الأنابيب الكبيرة والبيكرويوم المسامية المستندة إلى البلاتين مع مقطع عرضي مربع من خلال الحد الكيميائي لقوالب إبرة الملح غير القابلة للذوبان.
Abstract
إن تركيب المواد النانوية المعدنية النبيلة المسامية في المنطقة السطحية العالية يعتمد بشكل عام على الدمج الذي يستغرق وقتاً طويلاً من الجسيمات النانوية التي تم تشكيلها مسبقاً، متبوعاً بخطوات التجفيف الشطفية والبيرنكية، مما يؤدي في كثير من الأحيان إلى مواد هشة ميكانيكياً. هنا ، يتم تقديم طريقة لتجميع الأنابيب الصغيرة ذات البنية النانوية المسامية والبيامترات الصغيرة مع مقطع عرضي مربع من قوالب إبرة الملح غير القابلة للذوبان. مزيج من البلاتين المشحونة على العكس، البلاديوم، والنحاس مربع بلانان أيونات النتائج في تشكيل سريع من إبر الملح غير قابلة للذوبان. اعتمادا على نسبة الرصينة من الأيونات المعدنية الموجودة في قالب الملح واختيار عامل الحد من المواد الكيميائية، إما macrotubes أو macrobeams شكل مع بنية نانوية مسامية تتألف إما من الجسيمات النانوية المصهرة أو nanofibrils. يتم التحكم في التكوين العنصرى للأنابيب الماكروية وbebeams ، التي تتحدد باستخدام قياس الأشعة السينية والتحليل الطيفي الضوئي بالأشعة السينية ، من خلال نسبة الرصين للأيونات المعدنية الموجودة في قالب الملح. يمكن الضغط على الأنابيب الماكرو وbebeams في الأفلام الدائمة الحرة، ويتم تحديد مساحة السطح النشطة كهروكيميائي مع التحليل الطيفي مقاومة الكهروكيميائية والفولتممترية الدورية. هذه الطريقة التوليف يدل على بسيطة، نهج سريع نسبيا لتحقيق ارتفاع في المساحة البلاتينية المستندة إلى الأنابيب macrotube و macrobeams مع بنية نانوية قابلة للتوابل ومكونات عنصري التي يمكن الضغط عليها في الأفلام القائمة بذاتها مع عدم وجود مواد ملزمة المطلوبة.
Introduction
وقد تم تطوير العديد من طرق التوليف للحصول على مساحة عالية من السطح، والمواد البلاتينية المسامية المستندة أساسا لتطبيقات الحفز بما في ذلك خلايا الوقود1. استراتيجية واحدة لتحقيق هذه المواد هو توليف أحادية الجسيمات النانوية في شكل مجالات ، مكعبات ، أسلاك ، وأنابيب2،3،4،5. لدمج الجسيمات النانوية المنفصلة في بنية مسامية لجهاز وظيفي ، غالبًا ما تكون مطلوبة المجلدات البوليمرية والمواد المضافة الكربونية6،7. هذه الاستراتيجية تتطلب خطوات معالجة إضافية، والوقت، ويمكن أن يؤدي إلى انخفاض في الأداء الشامل محددة، فضلا عن التكتل من الجسيمات النانوية أثناء استخدام الجهازالموسعة 8. استراتيجية أخرى هي دفع الاندماج من الجسيمات النانوية توليفها في هلام معدني مع التجفيف فوق الحرجة اللاحقة9،10،11. في حين أن التقدم في نهج التوليف سول هلام للمعادن النبيلة قد خفضت الوقت هلام من أسابيع إلى سرعة ساعات أو دقائق، والمجانسة الناتجة تميل إلى أن تكون هشة ميكانيكيا عرقلة استخدامها العملي في الأجهزة12.
سبائك البلاتين ومتعددة المعادن 3-13 الأبعاد نانومترية مسامية تقدم إمكانية التونة لخصوصية الحفاز، فضلا عن معالجة التكلفة العالية والندرة النسبية من البلاتين13،14. في حين كانت هناك تقارير عديدة من البلاتين البلاديوم15،16 وبلاتين والنحاس17،18،19 من الهياكل النانوية المنفصلة ، فضلا عن تركيبات سبائك أخرى20، كانت هناك استراتيجيات توليف قليلة لتحقيق تقنية قائمة على الحل لسبائك البلاتين ثلاثية الأبعاد والهياكل متعددة الفلزات.
في الآونة الأخيرة أظهرنا استخدام محلول الملح عالي التركيز وتقليل العوامل التي تؤدي بسرعة إلى الذهب ، البلاديوم ، والهلام المعدني البلاتيني21،22. كما استخدمت حلول الملح تركيز عالية والحد من العوامل في تصنيع مركبات معدنية نبيلة بيوبولمر باستخدام الجيلاتين، السليلوز، والحرير23،24،25،26. أملاح غير قابلة للذوبان تمثل أعلى تركيزات من الأيونات المتاحة التي يمكن تخفيضها واستخدمت من قبل شياو وزملاؤه لإثبات تركيب أكاسيد معدنية 2-الأبعاد27,28. تمديد على مظاهرة من aerogels المعدنية النبيلة المسامية و المركبات من محلول الملح تركيز عالية، والاستفادة من كثافة عالية من الأيونات المتاحة من الأملاح غير قابلة للذوبان، استخدمنا أملاح ماغنوس ومشتقاتها كقوالب شكل لتجميع الأنابيب المعدنية النبيلة المسامية و macrobeams29،30،31،32.
ماغنوس' أملاح تجميع من إضافة مقابل رسوم مربع بلاتيناري البلاتين [PtCl4]2- و [Pt(NH3)4]2 + 33. بطريقة مماثلة، تتشكل أملاح فوكلين من مزيج من أيونات البلاديوم المشحونة بالعكس، [PdCl4]2- و [Pd(NH3)4]2+ 34. مع تركيزات الملح السلائف من 100 mM، بلورات الملح الناتجة تشكل الإبر 10s إلى 100s من ميكرومتر طويل، مع عرض مربع ما يقرب من 100 نانومتر إلى 3 ميكرومتر. في حين أن القوالب الملحية هي تهمة محايدة، تختلف مشتقات الملح ماغنوس stoichiometry بين الأنواع الأيونية، لتشمل [Cu(NH3)4]2+، يسمح بالسيطرة على نسب المعادن المخفضة الناتجة. يؤدي الجمع بين الأيونات، واختيار عامل الحد من المواد الكيميائية، إما إلى الأنابيب الكبيرة أو وحدات الماكرو مع مقطع عرضي مربع وهندسة نانوية مسامية تتألف إما من الجسيمات النانوية المصهرة أو الألياف النانوية. كما تم الضغط على الأنابيب الماكروية وbeams في الأفلام الدائمة الحرة، وتم تحديد مساحة السطح النشطة كهروكيميائيا مع التحليل الطيفي لماء كهربائي كيميائي وقياس فولتمكوسي. تم استخدام نهج قالب الملح لتجميع الأنابيبالبلاتينية 29، البلاتين البلاديوم macrobeams31، وفي محاولة لخفض تكاليف المواد وتناغم النشاط الحفاز من خلال دمج النحاس ، النحاس البلاتين macrotubes32. كما تم عرض طريقة الـ salt-templating لـ Au-Pd و Au-Pd-Cu ثنائي و ternary metal macrotubes و nanofoams30.
هنا، نقدم طريقة لتجميع البلاتين، البلاتين البلاديوم، والنحاس البلاتين ثنائي المعدن الأنابيب الكبيرة المسامية و macrobeams من القوالب غير قابلة للذوبان ماغنوس 'إبرة الملح29،31،32. التحكم في قياس الأيونات في قوالب إبرة الملح يوفر التحكم في نسب المعادن الناتجة بعد الحد الكيميائي ويمكن التحقق من الأشعة السينية diffractometry والأشعة السينية الطيف الضوئي. ويمكن تجميع الأنابيب macrotubes و macrobeams الناتجة وتشكيلها في فيلم قائم بذاته مع ضغط اليد. تعرض الأفلام الناتجة مناطق سطح نشطة كهروكيميائية عالية (ECSA) تتحدد بواسطة التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية وقياس فولتموميك دوري في H2SO4 و KCl المنحل بالكهرباء. توفر هذه الطريقة مسارًا توليفيًا للتحكم في التركيب المعدني القائم على البلاتين، وسهولة المسامية، والهياكل النانوية بطريقة سريعة وقابلة للتطوير قد تكون قابلة للتعميم على نطاق أوسع من قوالب الملح.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Protocol
تنبيه: استشر جميع أوراق بيانات السلامة الكيميائية ذات الصلة (SDS) قبل الاستخدام. استخدام ممارسات السلامة المناسبة عند إجراء التفاعلات الكيميائية، لتشمل استخدام غطاء الدخان ومعدات الحماية الشخصية. يمكن أن يؤدي تطور غاز الهيدروجين السريع أثناء التخفيض الكهروكيميائي إلى ارتفاع الضغط في أنابيب التفاعل مما يتسبب في قبعات للبوب وحلول لرشها. تأكد من أن أغطية أنبوب التفاعل تظل مفتوحة كما هو محدد في البروتوكول. إجراء جميع التخفيضات الكهروكيميائية في غطاء الدخان.
1. إعداد قالب مشتقات الملح ماغنوس
ملاحظة: ينبغي تخفيض جميع قوالب الملح كيميائيا في غضون ساعات قليلة بعد إعداد كما يؤدي التخزين لفترات طويلة في تدهور بنية الملح. توضح هذه الطريقة كل منتج من منتجات الماكروبتوب وbeam المستندة إلى البلاتين. للحصول على عائد منتج محدد إضافي، قم بإجراء الأسلوب مع مجموعات متماثلة من قالب الملح والحلول وكيل تقليل.
- إعداد حلول الملح المعدني.
- إضافة 0.4151 غرام من K2PtCl4 إلى 10 مل من المياه ديوند لإعداد 0.1 M (100 mM) حل "Pt2-".
- إضافة 0.3521 غرام من Pt (NH3)4كل2• H2O إلى 10 مل من المياه ديونيد لإعداد 0.1 M (100 mM) حل "Pt2+".
- إضافة 0.2942 غرام مننا 2PdCl4 إلى 10 مل من المياه deionized لإعداد 0.1 M (100 mM) حل من "Pd2-".
- إضافة 0.2458 غرام من Cu(NH3)4SO4• H2O إلى 10 مل من المياه deionized لإعداد 0.1 M (100 mM) حل من "Cu2+".
- يهز بقوة و دوامة البلاتين والنحاس الملح حلول للمساعدة في حل الأملاح حتى يتم حلها تماما.
- إعداد قوالب إبرة الملح البلاتين.
- لإعداد أملاح ماغنوس مع 1:1 Pt2 +:P t2- نسبة, ماصة 0.5 مل من 100 مل K2PtCl4 في أنبوب microfuge. بقوة ماصة 0.5 مل من 100 مل Pt (NH3)4كل2• H2في أنبوب microfuge لمجموع 1 مل من محلول قالب إبرة الملح.
ملاحظة: سوف يقدم الحل لون أخضر فاتح معتم. استخدام 50 mM K2PtCl4 وPt (NH3)4Cl2• H2O سيؤدي إلى إبر ملح أطول وأوسع للأنابيب الكبيرة البلاتين بعد الحد من المواد الكيميائية29. الأنابيب القوية هو الاستغناء عن حجم الكاشف الكامل في غضون 1 ق لضمان خلط سريع من المواد الكيميائية داخل أنابيب microfuge.
- لإعداد أملاح ماغنوس مع 1:1 Pt2 +:P t2- نسبة, ماصة 0.5 مل من 100 مل K2PtCl4 في أنبوب microfuge. بقوة ماصة 0.5 مل من 100 مل Pt (NH3)4كل2• H2في أنبوب microfuge لمجموع 1 مل من محلول قالب إبرة الملح.
- إعداد البلاتين البلاديوم قوالب إبرة الملح.
ملاحظة: يتم تعيين نسبة أيونات البلاتين-البلاديوم قالب الملح كما Pt2+:P d2-:P t2-. الأملاح البلاتين فقط أعدت في الخطوة 1.2.1. يساوي نسبة 1:0:1.- لإعداد نسبة الملح 1:1:0، ماصة 0.5 مل من 100 مل Pt (NH3)4Cl2•H2O في أنبوب microfuge. بقوة ماصة 0.5 مل من 100 mM نا2PdCl4 في أنبوب microfuge لمجموع 1 مل من محلول قالب إبرة الملح.
- لتحضير نسبة الملح 2:1:1، ماصة 0.25 مل من 100 ملنا 2PdCl4 و 0.25 مل من 100 مل من K2PtCl4 في أنبوب microfuge. دوامة أنبوب microfuge لمدة 3-5 s. ثم بقوة ماصة 0.5 مل من 100 مل Pt (NH3)4كل2• H2في أنبوب microfuge لمجموع 1 مل من محلول قالب إبرة الملح.
- لإعداد محلول قالب الملح 3:1:2، الماصات 0.167 مل من 100 مل نا2PdCl4 و 0.333 مل من 100 مل من K2PtCl4 في أنبوب microfuge. دوامة أنبوب microfuge لمدة 3-5 s. ثم بقوة ماصة 0.5 مل من 100 مل Pt (NH3)4كل2• H2في أنبوب microfuge لمجموع 1 مل محلول قالب إبرة الملح.
ملاحظة: يجب أن تعطي نسبة أعلى من البلاتين في قوالب الملح لون أكثر اخضرارا، في حين أن زيادة محتوى البلاديوم يؤدي إلى اللون البرتقالي والوردي والبني في الحل. الحلول ستكون مبهمة في المظهر.
- إعداد النحاس البلاتين وقوالب إبرة الملح.
ملاحظة: يتم تعيين نسبة أيونات النحاس-البلاتين قالب الملح كما Pt2-:P t 2+: Cu2+. نسبة 1:1:0 تساوي أملاح البلاتين فقط التي تم إعدادها في الخطوة 1.2.1.- لتحضير نسبة الملح 1:0:1، الماصات 0.5 مل من 100 مل K2PtCl4 في أنبوب microfuge. بقوة ماصة 0.5 مل من 100 mM Cu (NH3)4SO4• H2O في أنبوب microfuge لمجموع 1 مل من محلول قالب إبرة الملح.
- لإعداد نسبة الملح 3:1:2، ماصة 0.167 مل من 100 مل من Pt (NH3)4كل2•H2س و 0.333 مل من 100 مل من Cu (NH3)4SO4· H2O في أنبوب microfuge. دوامة أنبوب microfuge لمدة 3-5 s. ثم بقوة ماصة 0.5 مل من 100 مل K2PtCl4 في أنبوب microfuge لمجموع 1 مل من محلول قالب إبرة الملح.
- لإعداد نسبة الملح 2:1:1، ماصة 0.25 مل من 100 مل من Pt (NH3)4كل2• H2س و 0.25 مل من 100 مل من CU (NH3)4SO4· H2O في أنبوب microfuge. دوامة أنبوب microfuge لمدة 3-5 s. ثم بقوة ماصة 0.5 مل من 100 مل K2PtCl4 في أنبوب microfuge لمجموع 1 مل الملح إبرة حل.
- لإعداد نسبة الملح 1:1:0، ماصة 0.5 مل من 100 مل Pt (NH3)4Cl2•H2O في أنبوب microfuge. بقوة ماصة 0.5 مل من 100 مل K2PtCl4 في أنبوب microfuge لمجموع 1 مل محلول قالب إبرة الملح.
ملاحظة: يشكل الجمع بين أيونات النحاس والبلاتين حل أرجواني غائم ليس معتمًا مثل حلول الخطوتين 1.2 و1.3. إن ترك حلول أملاح ماغنوس لمدة 24 ساعة أو أكثر سيؤدي إلى تدهور القوالب وتغييرها إلى لون أرجواني رمادي أو أسود.
- المجهر البصري المستقطب (POM) تصوير قوالب إبرة الملح
- Pipette 0.05 مل من الملح قالب الحلول التي أعدت في الخطوات 1.2 -- 1.4 على شريحة زجاجية وجبل على خشبة المسرح من المجهر البصري المستقطب. ضبط التركيز على الإبر الملح وتدوير المستقطبات عبر حتى الخلفية السوداء.
ملاحظة: إذا لم تقدم الحلول الملحية هياكل تشبه الإبرة مع تصوير POM، تحقق من جودة المياه المستخدمة في إعداد محلول الملح. تكوين إبرة الملح حساس لكل من درجة PH العالية والمنخفضة.
- Pipette 0.05 مل من الملح قالب الحلول التي أعدت في الخطوات 1.2 -- 1.4 على شريحة زجاجية وجبل على خشبة المسرح من المجهر البصري المستقطب. ضبط التركيز على الإبر الملح وتدوير المستقطبات عبر حتى الخلفية السوداء.
2. الملح قالب خفض المواد الكيميائية
ملاحظة: DMAB هو سام. تجنب التنفس الغبار والجلد الاتصال بارتداء معدات الوقاية الشخصية وإجراء جميع المهام المرتبطة بها في غطاء الدخان.
- إعداد حلول وكيل تقليل
- إضافة 0.7568 غرام من الصوديوم borohydride (NaBH4) إلى 200 مل من المياه ديونيد في كوب 500 مل لإعداد 0.1 M (100 mM) NaBH4 الحل. يحرك الحل مع ملعقة حتى يتم حل NaBH4 تماما.
- صب 50 مل من 0.1 M NaBH4 حل في أنبوب مخروطي 50 مل. كرر 3x.
- أضف 1.1768 غرام من البوران ثنائي الاثيلامين (DMAB) إلى 200 مل من الماء غير المتأين في منبر 500 مل لإعداد محلول DMAB 0.1 M (100 mM).
- صب 50 مل من 0.1 M DMAB حل في أنبوب مخروطي 50 مل. كرر 3x.
- إضافة الأملاح إلى حلول وكيل الحد
- في غطاء الدخان، ماصة كامل 1 مل حجم كل من حل قالب الملح من الخطوات 1.2 و 1.3 في كل من 4 × 50 مل أنابيب المخروطية من 0.1 M NaBH4 وكيل الحد. السماح للحد من المواد الكيميائية على الاستمرار لمدة 24 ساعة مع غطاء قبالة الأنبوب.
- في غطاء محرك الدخان، ماصة كامل 1 مل حجم كل من حل قالب الملح من الخطوة 1.4 في كل من 4 × 50 مل أنابيب المخروطية من 0.1 M DMAB وكيل الحد. السماح للحد الكهروكيميائية على الاستمرار لمدة 24 ساعة مع غطاء قبالة الأنبوب.
ملاحظة: عند إضافة 1 مل من أملاح ماغنوس، فإن العامل المتناقص سيتحول إلى لون غائم أسود ويبدأ في تشكيل غاز الهيدروجين بقوة. ترك قبعات أنبوب المخروطية قبالة يمنع تراكم ضغط غاز الهيدروجين والانفجار المحتمل ورش الحلول. قد يتم وضع البارا فيلم فضفاض أو احباط على الأنابيب إذا تلوث الغبار هو مصدر قلق.
- شطف الأنابيب الماكروبخفض وbebeams
- بعد 24 ساعة من التخفيض ، ببطء طاردة من كل من المواد الكيميائية خفضت 50 مل الحد من الحلول في وعاء للنفايات وضمان عدم صب العينات من الأنابيب.
- صب كل من الرواسب في أنابيب جديدة 50 مل المخروطية. قد يكون من الضروري استخدام ملعقة لطرد عينة التمسك الجدران الجانبية أنبوب. ملء كل من أنابيب جديدة مع 50 مل من المياه deionized ومكان على الروك مع قبعات أنبوب المضمون في وضع منخفض لمدة 24 ساعة.
- إزالة الأنابيب من الروك ووضع تستقيم في رف أنبوب اختبار لمدة 15 دقيقة للسماح للعينات إلى الرواسب. صب ببطء افرا قبالة الجزء العلوي من عينة أنبوب في حاوية النفايات. أنبوب إعادة ملء مع 50 مل من المياه ديوند ومكان على الروك مع قبعات أنبوب المضمون ل 24 ساعة إضافية.
- إزالة أنابيب من الروك ووضع تستقيم في رف أنبوب اختبار لمدة 15 دقيقة. صب المابير قبالة الجزء العلوي من الأنبوب في حاوية النفايات.
ملاحظة: سوف يكون فائق اللون واضحة أو رمادية وسوف يكون الترسب الأسود والرواسب عموما إلى الجزء السفلي من أنابيب المخروطية. إذا صب يهيج supernatant و resuspends المنتج المخفض، وضع أنبوب تستقيم في رف والانتظار ما يقرب من 15 دقيقة قبل صب مرة أخرى. وسوف تبقى كمية صغيرة من المياه مختلطة مع المنتج.
3. إعداد macrotube والأفلام macrobeam
- تجفيف العينات على الشرائح الزجاجية
- الماصات أكبر قدر ممكن من أصل أنابيب 50 مل دون إزالة المنتج التخفيض.
- باستخدام ملعقة، نقل بلطف المواد الترسب إلى شريحة زجاجية. باستخدام ملعقة، دمج العينة في كومة مع ارتفاع موحدة من 0.5 ملم تقريبا.
ملاحظة: كلما تمت إزالة المزيد من الماء من عينة أنبوب 50 مل قبل نقل المواد المخفضة إلى الشريحة الزجاجية، كلما كان النقل أسهل. وهذا يجعل المادة تتصرف أكثر مثل لصق. توطيد العينة والارتفاع الموحد يساعد في ضغط الأفلام بعد التجفيف. - ضع الشرائح الزجاجية مع العينات المخفضة في موقع لن تزعجه التيارات الهوائية. عينات جافة لمدة 24 ساعة في درجة الحرارة المحيطة.
ملاحظة: إذا كانت هناك حاجة إلى مزيد من العينة للأشعة السينية حيود (XRD)، المسح المجهري الإلكتروني (SEM)، metamamry دوري (CV)، أو غيرها من الاختبارات، يمكن دمج عينات مخفضة متعددة من نفس نسبة الملح على الشريحة الزجاجية نفسها للتجفيف.
- الضغط على العينات و تحشد المواد
- ضع شريحة زجاجية ثانية فوق شريحة مع كتلة مجففة من عينات مخفضة. مع الأصابع، اضغط على الشريحة الزجاجية فوق المادة بقوة وافرة (حوالي 200 كيلو باسكال) لتشكيل طبقة رقيقة من الأنابيب أو macrobeams.
ملاحظة: إن الضغط على المواد المخفضة بين الشرائح الزجاجية يجب أن يؤدي إلى فيلم قائم بذاته. أحيانا الضغط على كتلة المجففة من الأنابيب أو الماكروبسم النتائج في شظايا الفيلم متعددة. يمكن قص الأفلام بالضغط لأسفل بشفرة حلاقة.
- ضع شريحة زجاجية ثانية فوق شريحة مع كتلة مجففة من عينات مخفضة. مع الأصابع، اضغط على الشريحة الزجاجية فوق المادة بقوة وافرة (حوالي 200 كيلو باسكال) لتشكيل طبقة رقيقة من الأنابيب أو macrobeams.
4- التوصيف المادي والكهروكيميائي
- المسح المجهري الإلكتروني (SEM): الصق طبقة رقيقة أو تفقد عينة مسحوق مع شريط الكربون على كعب عينة SEM. في البداية استخدام الجهد المتسارع من 15 كيلو فولت والشعاع الحالي من 2.7 - 5.4 pA لأداء التصوير. التصغير إلى منطقة عينة كبيرة وجمع أطياف الأشعة السينية (EDS) تشتت الطاقة لتحديد التركيبة الأساسية.
- قياس diffractometry (XRD): ضع العينة المجففة في جهاز الماكروبتوب أو الماكروبامي في حامل العينة. بدلاً من ذلك، ضع مقطع عينة رقيقة، كما في الخطوة 4.1، على شريحة زجاجية. إجراء مسح XRD لزوايا الانعراج 2درجة مئوية من 5 إلى 90 درجة عند 45 كيلوفولت و40 mA مع اشعاع cu Kα (1.54060 Å)، حجم خطوة 2درجة 0.0130 درجة، و 20 s لكل خطوة.
ملاحظة: يمكن إجراء XRD إما للعينات الضغط أو غير الضغط. أصحاب عينة مسحوق عادة تتطلب كمية كبيرة من المواد وينصح استخدام ضغط رقيقة. - المجهر الضوئي بالأشعة السينية (XPS): استخدم مصدرًاα أحادي التشومر مع حجم بقعة 100 ميكرومتر وشعاع أشعة سينية 25 وزاوية إقلاع 45 درجة وضغط تشغيلي < 6 × 10-6 باسكال. تحييد شحن السطح بشعاع Ar-أيون منخفض الجهد وخافض إثناض أكسيد الباريوم للإلكترون. تعيين محلل تمرير الطاقة إلى 55 eV لمسح عالية الدقة.
- التوصيف الكهروكيميائي
- قياس كتلة عينات الفيلم الضغط لتطبيع القياسات الكهروكيميائية بواسطة ملليغرام من المواد النشطة.
- نقل عينات الفيلم إلى قارورة الكهروكيميائية باستخدام إما ملاقط مسطحة أو عن طريق انزلاق الفيلم بلطف من شريحة زجاجية على الجدار الجانبي الداخلي للقارورة. بلطف ماصة 0.5 M H2SO4 أو 0.5 M KCl المنحل بالكهرباء على عينات الفيلم والسماح الجلوس لمدة 24 ساعة.
- استخدم خلية 3-إلكترود مع قطب مرجعي Ag/AgCl (3 M NaCl)، وكهربة كهربائية سلك Pt قطرها 0.5 مم، وكهربة تعمل بلون بلاتين قطر 0.5 مم. ضع السلك المغلف بالورنيش مع طرف مكشوف 1 مم في اتصال مع السطح العلوي من aerogel في الجزء السفلي من القارورة الكهروكيميائية22.
- إجراء التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية (EIS) من MHz 1 إلى 1 ميغاهيرتز مع موجة جيبية 10 mV في 0 V (مقابل Ag/AgCl).
- أداء الفولتوميت الدوري (CV) باستخدام نطاق الجهد من -0.2 إلى 1.2 V (مقابل Ag/AgCl) مع معدلات المسح الضوئي من 0.5، 1، 5، 10، 25، 50، 75، و 100 mVs-1.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Representative Results
إضافة إلى أن تكون مشحونة بالعكس مربع بلاناي معدنية نبيلة النتائج في تشكيل قريب فوري من ارتفاع نسبة الارتفاع بلورات الملح. التراص الخطي للأيونات المربعة المُسطحة مبيناً بشكل تخطيطي في الشكل 1، مع صور المجهر البصري المستقطبة التي تكشف عن إبر الملح التي هي 10 إلى 100 من الميكروسمترات الطويلة. تم استخدام تركيز 100 mM لجميع البلاتين، البلاديوم، والنحاس الملح الحلول. في حين أن قوالب إبرة الملح هي تهمة محايدة في أن مجموع التحمّل وعبوات أنيون متساوية، يمكن أن تختلف قياس النعومة لإبر الملح الناتجة مع مزيج ثالث من الأيونات. على سبيل المثال، تم تباين البلاتين البلاديوم ملح قالب stoichiometry مع Pt2 +:P d2-:P t2- نسب 1:1:0 و 2:1:1 و 3:1:2 لنسبة البلاتين إلى البلاديوم النسبية من 1:1، 3:1، و 5:1، على التوالي. وبطريقة مماثلة، Pt2-:P t 2+:Cu2+ نسب 1:0:1 و 3:1:2 و 2:1:1 و 1:1:0 أسفرت عن نسب Pt:Cu من 1:1 و 2:1 و 3:1 و 1:0 على التوالي. وقد اختلف متوسط طول إبر الملح تبعاً لنسبة الأيونات المتباينة.
الحد الكيميائي من أملاح ماغنوس، التي شكلت بنسبة 1:1 من pt2 +:P t2- الأيونات، مع نبه4 النتائج في الأنابيب الماكرو مع تجويف داخلي أجوف عموما والجدران الجانبية المسامية أظهرت تخطيطيا في الشكل 1A وينظر في المسح الإلكتروني المجهري في الشكل 2. في الشكل 2A-B، وينظر إلى macrotubes تتوافق عموما مع هندسة قوالب إبرة الملح مع الجدران الجانبية المسطحة والقسم العرضي مربع. يبدو أن الجدران الجانبية macrotube المعروضة في الشكل 2C تتكون من الجسيمات النانوية المضمّنة على سبيل 100 نانومتر ، ولكن عند التكبير العالي في الشكل 2D، يبدو أن هذه الجسيمات النانوية تظهر أن تظهر nanofibrils تنصهر حوالي 4-5 نانومتر في القطر.
الحد من الأملاح التي تشكلت بنسب مختلفة من Pt2 +:P d2-:P t2- مع borohydride الصوديوم (NaBH4)النتائج في الماكروبعي مع عدم وجود تجويف جوفاء، بل نانوية مسامية في جميع أنحاء منطقة المقطعية مربع مبينا تخطيطيا في الشكل 1B وينظر في ميكروغرافيت الإلكترون في الشكل 3. مع Pt2 +:P d2 -:P t2 - نسبة 1:1:0 ، فإن وحدات الماكرو تعرض بنية نانوية من nanofibrils تنصهر 4-7 نانومتر قطر ينظر في الشكل 3A-B مماثلة لخصائص الجدار الجانبي ينظر في الأنابيب الكبيرة البلاتين في الشكل 2D. A Pt2+:P d2-:P t2- نسبة 2:1:1 يعرض الجسيمات النانوية المدمجة 8-16 نانومتر على حد سواء على سطح macrobeam، وكذلك في جميع أنحاء المقطع العرضي مربع ينظر في الشكل 3C-D. انخفاض كيميائيا 3:1:2 pt2 +:P d2 -:P t2 - نسبة الملح ينظر في الشكل 3E-F يعرض وحدات الماكرو مع الجسيمات النانوية مماثلة لنسبة 2:1:1 على الرغم من كثافة أقل ومسامية أعلى في جميع أنحاء المقطع العرضي مربع.
الحد من pt2 -:P t 2 +: Cu2 + الأملاح مع نتائج DMAB في الأنابيب مع تجويف جوفاء ، في حين أن استخدام NaBH4 كما يقلل من النتائج في وحدات الماكرو مع مقطع مسامي عرض مبين في الشكل 1C. وMAB خفضت pt2-:P t 2+: Cu2 + الأملاح تظهر في الشكل 4. macrotubes ينظر في الشكل 4A-C خفضت من 1:0:1 Pt2-:P t2+: Cu2 + الملح الإبر تقديم القسم العرضي مربع الأكثر تميزا وأكبر مع ما يقرب من 3 μm الجانبين. الحوائط الجانبية Macrotube تقديم سطح محكم للغاية، على الرغم من على عكس البلاتين والبلاتين البلاديوم macrotube والجدران الجانبية macrobeam ينظر في الشكل 2 والشكل 3، دون المسامية كبيرة. Macrotubes شكلت من 3:1:2 و 2:1:1 قوالب الملح في الشكل 4D-F والشكل 4G-I, على التوالي, تكشف عن النوى المجوفة مع قسم عرضية ما يقرب من 200 نانو مربع والجدران الجانبية المسامية نانو مترابطة من الخارج من الأنابيب الماكرو إلى التجويف الداخلي. A Pt2 -:P t2+: Cu2 + قالب الملح مع نسبة 1:1:0 (وهو نفس القالب المستخدم للأنابيب الكبيرة البلاتين خفضت مع NaBH4) خفضت مع نتائج DMAB في التجميعات الخطية من الجسيمات النانوية تتوافق عموما مع نسبة الارتفاع ارتفاع الملح القالب، على الرغم من عدم وجود تجويف جوفاء كما رأينا في الشكل 4J-L.
تم وصف التركيب الكيميائي macrotube و macrobeam في البداية مع XRD المعروضة في الشكل 5، حيث تظهر نسب قياس الرزينة قالب الملح في الشكل 5B-D. البلاتين macrotube في الشكل 5A فهرسة للجنة المشتركة على مسحوق معايير الحيود (JCPDS) رقم المرجع 01-087-0640. البلاتين-البلاديوم macrobeams فهرسة لJCPDS الأرقام المرجعية 03-065-6418 لسبائك البلاتين البلاديوم، 00-004-0802 للبلاتين، و01-087-0643 للبلاديوم في الشكل 5B. قمم النحاس البلاتين المفهرسة إلى JCPDS الرقم المرجعي 01-087-0640 للبلاتين و03-065-9026 للنحاس، ومع ذلك، فإن الحد من DMAB إلى الأنابيب macrotube يشير إلى القمم فوقية XRD التي تتحول نحو البلاتين أو النحاس اعتمادا على نموذج الملح النسبي stoichiometry كما هو مبين في الشكل 5C مما يوحي تكوين سبيكة. NaBH4 انخفاض النحاس البلاتين macrobeams تظهر متميزة النحاس والبلاتين XRD القمم مما يوحي تكوين ثنائية المعدن ينظر في الشكل 5D.
تظهر أطياف الأشعة السينية الضوئية للبلاتين، البلاتين البلاديوم، والنحاس البلاتين الكلي وbebeams في الشكل 6. تشير الأنابيب اللاتينومية إلى القليل من الأدلة على أنواع الأكسيد في الشكل 6A مما يشير إلى سطح نشط بشكل حفاز. أطياف XPS ل البيمترات الماكرو البلاتين البلاديوم في الشكل 6B-C أيضا لا يقدم أي إشارة إلى سياق أكسيد المعدن. الشكل 6D-E يظهر أطياف XPS لMAB خفضت النحاس البلاتين macrotubes مما يشير إلى النحاس البلاتين المعدني في الغالب، مع وجود Cu2O فقط في 1:0:1 Pt2-:P t2+:Cu2+ عينة قالب الملح. كما تم تحديد تركيبات المعادن السائبة باستخدام التحليل الطيفي للأشعة السينية المُشتتة للطاقة. تظهر النتائج الجدولة مقارنةً بين تراكبات قياس الملح و إدس XPS للأنابيب الكبيرة البلاتينية-البلاديوم والنحاس البلاتينية وbebeams في الجدول 1 والجدول 2على التوالي. بشكل عام، يرتبط قياس الملح مع تكوين المعادن السائبة المشار إليها مع EDS، على الرغم من أن XPS يكشف عن إثراء سطحي للبلاتين لكل من البلاتين البلاديوم والنحاس البلاتين الهياكل المرجح بسبب آلية خفض حل الموصوفة في قسم المناقشة. بالنسبة لـ Platinum-palladium macrobeams EDS المحدد Pt:Pd تكوين يشير إلى 6.35:1، 3.50:1، 1.12:1 ل 3:1:2، 2:1:1، 1:1:0 نسب القوالب الملحية، على التوالي. تظهر نسب XPS Pt:Pd نفس الاتجاه العام مع 11.7:1 و 6.45:1 و 1.89:1 لـ 3:1:2, 2:1:1, 1:1:0 نسب الملح على التوالي. النحاس البلاتين macrotubes و macrobeams خفضت مع DMAB وNaBH4، على التوالي ، وتظهر نفس الاتجاه العام بين EDS وXPS تحديد التراكيب المعدنية كما رأينا في الجدول 2.
وكمثال على التوصيف الكهروكيميائي للأفلام الماكرويبوت الضغط و macrobeam، الشكل 7A يظهر الأنابيب الكبيرة البلاتين ضغطت في فيلم قائم بذاته. يظهر التحليل الطيفي الاهتزازي الكهروكيميائي في 0.5 كيلو كلل المنحل بالكهرباء في الشكل 7B عبر نطاق تردد من 100 كيلو هرتز إلى 1 ميغاهيرتز، مع نطاق التردد العالي المبين في inset. ويقدر السعة المحددة لفيلم ماكروتوب البلاتين من أدنى تردد في السعة المحددة (Csp)مقابل سجل (تردد) مؤامرة في الشكل 7C. ويقدر Csp هو 18.5 Fg-1 مع مذيبة مقابلة يمكن الوصول إليها مساحة سطح محددة من 61.7 م2ز-1. ويبين الشكل 7D منحنيات قياس الفولتة الدورية في H2SO4 المنحل بالكهرباء بمعدلات مسح 0.5 و 1 و 5 و 10 mVs-1. يتم تسليط الضوء على المسح 1 mVs-1 في الشكل 7E عرض الامتزاز الهيدروجين المميزة والقمم desorption في إمكانات أقل من 0 V (مقابل Ag / AgCl) ومنطقة قدم الأكسدة والحد من القمم أكبر من 0.5 V (مقابل (Ag / AgCl).
الشكل 1: ماكروتيوب ومخطط تجميعي للبيّن الكلي. (أ) إضافة [PtCl4]2 - و [Pt(NH3)4]2 + ( ب) [Pt(NH3)4]2+ مع [PdCl4]2 − و / أو [PtCl4]2 -، أو (C) [Cu(NH3)4]2 + مع [PtCl4]2 - و [Pt(NH3)4]2 + ينتج عنه تكوين إبر ملح غير قابلة للذوبان من خلال التراص الخطي للأيونات المربعة المُحملة بالعكس. يشكل التخفيض الكهروكيميائي لقوالب إبرة الملح إما أنبوب ماكرو مسامي أو ماكروبيم مع مقطع عرضية مربع. يتم عرض صور المجهر البصري المستقطبة التمثيلية لقوالب الكريستال الملح لكل نوع من أنواع القوالب الملحية. مقتبس من المراجع 29 و 31 و 32 بإذن. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 2: مسح ميكروجرافات الإلكترون من الأنابيب الكبيرة البلاتينية. مقتبس من المرجع 29 بإذن. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 3: مسح ميكروجرافات الإلكترون من البيمترات البلاتينية -البلاديوم. تتكون وحدات الماكرو من Pt2+:P d2-:P t2 - نسب القوالب الملحية (A)–(B) 1:1:0 (C)–(D) 2:1:1 و (E)–(F) 3:1:2 ، مع حلول ملح 100 mM وخفضها في 100 mMNaBH4. مقتبس من المرجع 31 بإذن. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 4: صور SEM من الأنابيب الماكرو النحاسية والبلاتينية خفضت مع DMAB. شكلت المغذيات من Pt2 -:P2 +: Cu2 + نسب الملح القالب من (A)-(C) 1:0:1 (D)–(F) 3:1:2 (G)–(I) 2:1: 1 ، و (J)–(L) 1:1:0. مقتبس من المرجع 32 بإذن. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 5: الأشعة السينية أطياف الحيود لـ (أ) البلاتين الكليبئ (B) البلاتين -البلاديوم macrobeams (C) النحاس البلاتين الكليب خفضت مع DMAB، و (D) النحاس البلاتين الكليات خفضت مع NaBH4. (ب) Pt2+:P d 2-:P t2- و (C) -Pt 2-:P t2+: يشار إلى نسب قالب الملح في Cu2+ على الأطياف. مقتبس من المراجع 29، 31، 32 بإذن. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 6: الأشعة السينية طيف ضوئي لل(أ)البلاتين الكليبص (B)-c) البلاتين-البلاديوم الماكروب. (ب) Pt 4d5/2، Pt4d3 /2، Pd 3d3/2، و Pd 3d5/2 قمم؛ (C) تطبيع Pt4f7/2 وPt 4f5/2 قمم. (D) -(E) النحاس البلاتين الأنابيب الماكرو خفضت مع DMAB; (د) تطبيع Pt 4f5/2 و Pt 4f7/2؛ (ه) Cu 2p1/2 وكو 2p3/2 قمم. مقتبس من المراجع 29، 31، 32 بإذن. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
الشكل 7: التوصيف الكهروكيميائي للأنابيب الكبيرة البلاتينية التي يتم تصنيعها من أملاح ماغنوس 100 mM. (أ) البلاتين macrotube ضغط الفيلم. (ب)التحليل الطيفي للمقاومة الكهروكيميائية (EIS) في 0.5 كيلو كلل المنحل بالكهرباء في نطاق تردد من 100 كيلوهرتز إلى 1 ميغاهيرتز؛ (inset) عالية التردد الطيف EIS (C) السعة المحددة (Csp)في 0.5 كيلوكل المنحل بالكهرباء محددة من EIS في (ب). (D)السيرة الذاتية في 0.5 M H2SO4 بمعدلات مسح 10، 5، 1، و 0.5 mVs-1. (E) السيرة الذاتية في 0.5 M H2SO4 من (D) بمعدل مسح من 1 mVs-1. مقتبس من المرجع 29 بإذن. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.
| Pt2+ : Pd2- : Pt2- | المتحمل. Pt: Pd | EDS Pt:Pd | XPS Pt:Pd |
| 1:1:0 | 1:1 | 1.12:1 | 1.89:1 |
| 2:1:1 | 3:1 | 3.50:1 | 6.45:1 |
| 3:1:2 | 5:1 | 6.35:1 | 11.7:1 |
الجدول 1: تكوين النسبة الذرية لبيّات الماكرو Pt-Pd المركبة من Pt2+:P d2-:P t2 - نسب ملح 1:1:0 و2:1:1 و3:1:2 تتحدد من قياس الملح المترقين، وتنظير الأشعة السينية (EDS)، والتنظير الطيفي الضوئي بالأشعة السينية (XPS). مقتبس من المرجع 31 بإذن.
| Pt2 -:P2 +: Cu2 + | المتحمل. Pt: Cu | EDS Pt: Cu | XPS Pt: Cu | |
| NaBH4 | 1:0:1 | 1:1 | 0.5:1 | 0.92:1 |
| 3:1:2 | 2:1 | 1.3:1 | 3.1:1 | |
| 2:1:1 | 3:1 | 2.5:1 | 4.0:1 | |
| 1:1:0 | 1:0 | 01:00 | 1.0:0 | |
| DMAB | 1:0:1 | 1:1 | 0.7:1 | 2.2:1 |
| 3:1:2 | 2:1 | 1.5:1 | 5.8:1 | |
| 2:1:1 | 3:1 | 2.1:1 | 7.9:1 | |
| 1:1:0 | 1:0 | 01:00 | 1.0:0 |
الجدول 2: التركيب الذري لـ Pt-Cu macrotubes و macrobeams المتقلصة مع NaBH4 و DMAB على التوالي. مقتبس من المرجع 32 بإذن.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Discussion
هذه الطريقة التوليف يدل على بسيطة، نهج سريع نسبيا لتحقيق ارتفاع في المساحة البلاتينية المستندة إلى الأنابيب macrotube و macrobeams مع بنية نانوية قابلة للتوابل ومكونات عنصري التي يمكن الضغط عليها في الأفلام القائمة بذاتها مع عدم وجود مواد ملزمة المطلوبة. استخدام مشتقات الملح ماغنوس كقوالب عالية نسبة إلى الارتفاع على شكل إبرة يوفر وسيلة للسيطرة على تكوين المعادن الناتجة من خلال قياس الرزينة الملحية، وعندما يقترن مع اختيار وكيل الحد، والسيطرة على بنية نانوية من macrotube والجدران الجانبية المسامية macrobeam والهيكل المقطعي. قد تختلف طريقة التوليف عن طريق تغيير نسب الملح المستخدمة لتشكيل القوالب: Pt2+:P t2-, Pt2+:P d2-:P t2-, وPt2-:P t2 +: Cu2+. حاسمة لهذه الطريقة هو تشكيل قوالب إبرة الملح الناتجة عن إضافة الموجبة المعدنية النبيلة مربعة وأنيونات. تم العثور على تكوين الملح لتكون حساسة لشوائب المياه والثنائي تتطلب استخدام المياه ديون. ومن الأهمية بمكان أيضا أن نضمن أن يتم الحد الكهروكيميائية داخل غطاء محرك الدخان مع أنابيب رد فعل غير المغطاة لمنع الضغط الزائد من تطور الهيدروجين القوي الذي ينتج.
مع هذا الأسلوب، والحد من [MCl4]2- إلى M0، هو مبين في المعادلة 1 ، تطلق أربعة Cl- أيونات في حل بالقرب من سطح قالب الملح حيث M هو إما Pt أو Pd:
يتم تخفيض رصيد الشحن لكل [MCl4]2- أيون؛ ويعتقد أن يتم الحفاظ عليها من قبل اثنين [M(NH3)4]2 + أيونات تتحلل في حل. يتم إطلاق أربعة جزيئات الأمونيا المحايدة من خلال تخفيض [M(NH3)4]2+ إلى M0 كما هو مبين في المعادلة 2:
التفاعل بين الأمونيا الأساسية ضعيفة مع الماء هو تهمة محايدة لتشكيل NH4+ و OH- الأيونات. اقتراح الحد من حل العمل وجزئية الطاقة الخالية من الجسيمات النانوية من المرجح أن يسهم في الهياكل الماكروببل المسامية و macrobeam لوحظ في الشكل 2، الشكل 3، والشكل 429،31،32. وبالنظر إلى هذه الآلية المقترحة، فإن قوالب الملح هي في جزء منها تضحية ذاتية بالنظر إلى تحويل بعض الملح إلى المرحلة المعدنية مع ترك ما تبقى من الملح القالب مع المسام المفتوحة المتبقية في مكانه.
أحد القيود الواضحة على قابلية التعميم لهذا النهج هو عدد قليل من تركيبات أيونات المعادن المُعدة المُتَضِدّة. هذه هي عموما على تنسيق المجمعات من البلاتين، البلاديوم، النحاس، الذهب، والنيكل، على سبيل المثال: [PtCl4]2-، [Pt(NH3)4]2+، [Cu(NH3)4]2 +، [أوكل4]-، و [ني (CN)4]2-. استخدام [Ni(CN)4]2-، في حين مقنعة كما المعدن انتقال منخفضة التكلفة التي يمكن استخدامها في تركيبة مع البلاتين، البلاديوم، والنحاس الترانيات مربع، ويعرض مسألة سلامة كبيرة مع تحرير النفثالينات- الأيونات خلال الحد الكهروكيميائية في تركيبة مع تطور غاز الهيدروجين. وقد ثبت غيرها من البلاتين والبلاديوم المجمعات التنسيقية لترسب الأملاح غير قابلة للذوبان35,36,37. ويعتقد أن تشكيل ارتفاع نسبة ارتفاع الإبر الملح تعتمد على مطابقة النسبية من الموجبة وحجم أنيون، مع عدم التطابق أكبر مما يؤدي إلى انخفاض العائد المنتج.
يعمل الضغط اليدوي للأفلام القائمة بذاتها بشكل أفضل مع الأنابيب الكبيرة البلاتينية على الأرجح بسبب تشابك هياكل نسبة الارتفاع العالية المطابقة لقوالب الملح. هذه الأفلام قوية إلى التلاعب الميكانيكية مع ملاقط تبقى سليمة بين خطوات نقل من الضغط إلى وضع في قارورة الكهروكيميائية; ومع ذلك، سوف كسر الأفلام مع الانحناء الشديد. البلاتين البلاديوم الميكروبات ضغط الأفلام ليست قوية ميكانيكيا مثل الأنابيب الماكرو البلاتين، على الأرجح بسبب أصغر حجم ميزة من macrobeams. النحاس البلاتين ضغط الأفلام هي أقل الميكانيكية دائم من مجموعات المعادن الموصوفة في هذه الطريقة، على الرغم من أنها مستقرة بما يكفي لنقل إلى قوارير كهروكيميائية لمواسير التحليل الطيفي والفولتوميت الدوري. اعتمادا على تطبيقات الأجهزة العملية، يمكن استخدام الحد الأدنى من الموثق البوليمر لتعزيز السلامة الهيكلية للأفلام النحاس والبلاتين.
الميزة الأساسية لهذا الأسلوب هو البساطة، والسرعة النسبية، والتحكم في تكوين المعادن، ونانوتكيشن من تجميع macrotube و macrobeam، فضلا عن القدرة على الضغط على منتجات التوليف في الأفلام القائمة بذاتها. مع أحجام ميزة نانوية صغيرة مثل 4-5 نانومتر للأنابيب العملاقة البلاتين، وهذا الأسلوب التوليف هو مماثل لأساليب جسيمات نانوية preformed سول هلام لتشكيل aerogels معدنية النبيلة ولكن دون الحاجة إلى التجفيف فوق الحرجة. البلاتين البلاديوم والنحاس البلاتين الماكرو ولأنابيب الماكرو، على الرغم من ذلك، لديها أكبر قليلا nanostrucuture حجم ميزة تصل إلى 50 نانومتر. ويقابل حجم الميزة الأكبر جزئياً القدرة على دمج النحاس منخفض التكلفة في البنية النانوية وضبط التركيبة الأساسية. ومن المتصور أن يكون هذا الأسلوب قابلة للتطوير إلى أي حجم رد فعل من المليلتر المنخفض إلى 10s لتر إذا لزم الأمر.
في حين أن أيونات المعادن المربعة المتاحة محدودة لتشكيل إبر الملح المكونة من الكاتيونات المعدنية والأيونات ، فإن استخدام الأملاح المعدنية غير القابلة للذوبان قد يكون قابلاً للتعميم على الأملاح حيث يكون أيون واحد فقط معدنيًا. قد تخلق طريقة التوليف ذات الهيكلة الملحية مجموعة أكبر بكثير من المعادن القابلة للتحقيق، وأكسيد المعادن، والسبائك، والهياكل النانوية متعددة الفلزات.
Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.
Disclosures
ليس لدى أصحاب البلاغ ما يكشفون عنه.
Acknowledgments
وقد تم تمويل هذا العمل من منحة من صندوق بحوث تطوير الكلية التابع للأكاديمية العسكرية للولايات المتحدة. ويعرب المؤلفان عن امتنانهما للمساعدة التي تقدم بها الدكتور كريستوفر هاينز في قيادة تطوير القدرات القتالية للجيش الأميركي. كما يود المؤلفان أن يشكرا الدكتور جوشوا ماورير على استخدام وزارة الشؤون المالية في مركز الأسلحة التابع للجيش الأمريكي في واترفلويت، نيويورك.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 50 mL Conical Tubes | Corning Costar Corp. | 430290 | |
| Ag/AgCl Reference Electrode | BASi | MF-2052 | |
| Cu(NH3)4SO4Ÿ•H2O | Sigma-Aldrich | 10380-29-7 | |
| dimethylamine borane (DMAB) | Sigma-Aldrich | 74-94-2 | |
| K2PtCl4 | Sigma-Aldrich | 10025-99-7 | |
| Miccrostop Lacquer | Tober Chemical Division | NA | |
| Na2PdCl4 | Sigma-Aldrich | 13820-40-1 | |
| NaBH4 | Sigma-Aldrich | 16940-66-2 | |
| Polarized Optical Microscope | AmScope | PZ300JC | |
| Potentiostat | Biologic-USA | VMP-3 | Electrochemical analysis-EIS, CV |
| Pt wire electrode | BASi | MF-4130 | |
| Pt(NH3)4Cl2Ÿ•H2O | Sigma-Aldrich | 13933-31-8 | |
| Scanning Electron Microscope | FEI | Helios 600 | EDS performed with this SEM |
| Shelf Rocker | Thermo Scientific | Vari-Mix™ Platform Rocker | |
| Snap Cap Microcentrifuge Tubes, 1.7 mL | Cole Parmer | UX-06333-60 | |
| X-ray diffractometer | PanAlytical | Empyrean | X-ray diffractometry |
| X-ray photoelectron spectrometer | ULVAC PHI - Physical Electronics | VersaProbe III |
References
- Chen, A., Holt-Hindle, P. Platinum-Based Nanostructured Materials: Synthesis, Properties, and Applications. Chemical Reviews. 110 (6), 3767-3804 (2010).
- Narayanan, R., El-Sayed, M. A. Shape-Dependent Catalytic Activity of Platinum Nanoparticles in Colloidal Solution. Nano Letters. 4 (7), 1343-1348 (2004).
- Wang, C., Daimon, H., Onodera, T., Koda, T., Sun, S. A General Approach to the Size and Shape-Controlled Synthesis of Platinum Nanoparticles and Their Catalytic Reduction of Oxygen. Angewandte Chemie International Edition. 47 (19), 3588-3591 (2008).
- Song, Y., et al. Synthesis of Platinum Nanowire Networks Using a Soft Template. Nano Letters. 7 (12), 3650-3655 (2007).
- Liu, L., Yoo, S. H., Park, S. Synthesis of Vertically Aligned Hollow Platinum Nanotubes with Single Crystalline Nanoflakes. Chemistry of Materials. 22 (8), 2681-2684 (2010).
- Ehrburger, P., Mahajan, O. P., Walker, P. L. Carbon as a support for catalysts: I. Effect of surface heterogeneity of carbon on dispersion of platinum. Journal of Catalysis. 43 (1), 61-67 (1976).
- Liu, H. S., et al. A review of anode catalysis in the direct methanol fuel cell. Journal of Power Sources. 155 (2), 95-110 (2006).
- Zhang, S., et al. A review of platinum-based catalyst layer degradation in proton exchange membrane fuel cells. Journal of Power Sources. 194 (2), 588-600 (2009).
- Wei, L., et al. Bimetallic Aerogels: High-Performance Electrocatalysts for the Oxygen Reduction Reaction. Angewandte Chemie International Edition. 52 (37), 9849-9852 (2013).
- Liu, W., et al. Noble Metal Aerogels-Synthesis, Characterization, and Application as Electrocatalysts. Accounts of Chemical Research. 48 (2), 154-162 (2015).
- Naskar, S., et al. Porous Aerogels from Shape-Controlled Metal Nanoparticles Directly from Nonpolar Colloidal Solution. Chemistry of Materials. 29 (21), 9208-9217 (2017).
- Du, R., et al. Emerging Noble Metal Aerogels: State of the Art and a Look Forward. Matter. 1 (1), 39-56 (2019).
- Qiu, X., et al. Template-engaged synthesis of hollow porous platinum–palladium alloy nanospheres for efficient methanol electro-oxidation. Journal of Power Sources. 302, 195-201 (2016).
- Yamauchi, Y., et al. Electrochemical Synthesis of Mesoporous Pt–Au Binary Alloys with Tunable Compositions for Enhancement of Electrochemical Performance. Journal of the American Chemical Society. 134 (11), 5100-5109 (2012).
- Lim, B., et al. Twin-Induced Growth of Palladium–Platinum Alloy Nanocrystals. Angewandte Chemie International Edition. 48 (34), 6304-6308 (2009).
- Lim, B., et al. Pd-Pt Bimetallic Nanodendrites with High Activity for Oxygen Reduction. Science. 324 (5932), 1302-1305 (2009).
- Han, L., et al. A seed-mediated approach to the morphology-controlled synthesis of bimetallic copper-platinum alloy nanoparticles with enhanced electrocatalytic performance for the methanol oxidation reaction. Journal of Power Sources. 286, 488-494 (2015).
- Xu, C., et al. Nanotubular Mesoporous PdCu Bimetallic Electrocatalysts toward Oxygen Reduction Reaction. Chemistry of Materials. 21 (14), 3110-3116 (2009).
- Xu, D., et al. Solution-Based Evolution and Enhanced Methanol Oxidation Activity of Monodisperse Platinum-Copper Nanocubes. Angewandte Chemie International Edition. 48 (23), 4217-4221 (2009).
- Stamenkovic, V. R., et al. Improved Oxygen Reduction Activity on Pt3Ni(111) via Increased Surface Site Availability. Science. 315 (5811), 493-497 (2007).
- Burpo, F. J., et al. Direct solution-based reduction synthesis of Au, Pd, and Pt aerogels. Journal of Materials Research. 32 (22), 4153-4165 (2017).
- Burpo, F. J., et al. A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction. Journal of Visualized Experiments. (136), e57875 (2018).
- Burpo, F. J., Mitropoulos, A. N., Nagelli, E. A., Ryu, M. Y., Palmer, J. L. Gelatin biotemplated platinum aerogels. MRS Advances. , 1-6 (2018).
- Burpo, F., et al. Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels. Molecules. 23 (6), 1405 (2018).
- Burpo, F. J., et al. Synthesis Method for Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels. Journal of Visualized Experiments. (147), e59176 (2019).
- Mitropoulos, A. N., et al. Metal Composite Porous Silk Fibroin Aerogel Fibers. Materials. 12 (6), 894 (2019).
- Xiao, X., et al. Salt-Templated Synthesis of 2D Metallic MoN and Other Nitrides. ACS Nano. 11 (2), 2180-2186 (2017).
- Xiao, X., et al. Scalable salt-templated synthesis of two-dimensional transition metal oxides. Nature Communications. 7, 11296 (2016).
- Burpo, F. J., et al. Salt-Templated Hierarchically Porous Platinum Macrotube Synthesis. Chemistry Select. 3 (16), 4542-4546 (2018).
- Burpo, F., Nagelli, E., Morris, L., Woronowicz, K., Mitropoulos, A. Salt-Mediated Au-Cu Nanofoam and Au-Cu-Pd Porous Macrobeam Synthesis. Molecules. 23 (7), 1701 (2018).
- Burpo, F. J., et al. Salt-templated platinum-palladium porous macrobeam synthesis. MRS Communications. 9 (1), 280-287 (2019).
- Burpo, F. J., et al. Salt-Templated Platinum-Copper Porous Macrobeams for Ethanol Oxidation. Catalysts. 9 (8), 662 (2019).
- Magnus, G. Ueber einige Verbindungen des Platinchlorürs. Annalen der Physik. 90 (10), 239-242 (1828).
- Vauquelin, N. L. Memoire sur le Palladium et le Rhodium. Annales de Chimie. 88, 167-198 (1813).
- Bremi, J., et al. From Vauquelin's and Magnus' Salts to Gels, Uniaxially Oriented Films, and Fibers: Synthesis, Characterization, and Properties of Tetrakis(1-aminoalkane)metal(II) Tetrachlorometalates(II). Chemistry of Materials. 11 (4), 977-994 (1999).
- Bremi, J., Caseri, W., Smith, P. A new compound derived from Magnus' green salt: solid state structure and evidence for platinum chains in solution. Journal of Materials Chemistry. 11 (10), 2593-2596 (2001).
- Caseri, W. Derivatives of Magnus' Green Salt. Platinum Metals Review. 48 (3), 91 (2004).
