Yöntem makalesi

Monometalik ve Bimetalik Erken Geçiş Metal Carbide ve Nitrür Nanopartiküller Ters Mikroemülsiyon aracılı sentezi

DOI:

10.3791/53147

⸱

27 Kasım 2015

 , 
1Chemical Engineering, Massachusetts Institute of Technology

Bu makalede

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ayarlanabilir boyutlara ve kristal yapılara sahip sinterlenmemiş ve metal sonlu monometalik ve bimetalik erken geçişli metal karbür ve nitrür nanopartiküllerin sentezi için bir "çıkarılabilir seramik kaplama yöntemi" görsel formatta sunulmaktadır.

Özet

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ters mikro-emülsiyon, mikro gözenekli silika kabuklarında monometalik veya bimetalik erken geçiş metali oksit nano-tanecikleri kapsüllemek için kullanılır. Silika kapsüllenmiş metal oksit nano-tanecikleri, silika-kapsüllenmiş erken geçiş metali karbür nanopartiküllerinin oluşması için 800 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda, metan / hidrojen atmosferinde karbürize edilir. Ayrıca aşırı yüzey karbon birikmesini önler karbonlama işlemi sırasında, silika kabukları komşu karbür nanopartiküllerin sinterlenmesini engeller. Alternatif olarak, silika-kapsüllenmiş metal oksit nano-tanecikleri, silika-kapsüllenmiş erken geçiş metali nitrür nanopartiküllerinin oluşması için 800 ° C'nin üzerindeki sıcaklıklarda bir amonyak atmosferinde nitridized edilebilir. Ters mikro-emülsiyon parametreleri, silika kabukların kalınlığı ve kömürleşme / nitrürleme koşulları ayarlayarak geçiş metali karbid ya da nitrür nanopartiküller çeşitli boyutlarda, bileşimler, bir ayarlı olabilirnd kristal fazları. Karbonlama veya nitrürleme sonra silis kabuk daha sonra oda sıcaklığındaki sulu amonyum biflüorür çözeltisi veya 40-60 ° C'de 0.1 ila 0.5 M NaOH solüsyonu kullanılarak kaldırılır. Silika kabukları eritilmesi olsa da, yüksek yüzey alanlı destek, karbon isi gibi, desteklenen erken geçiş metali karbid ya da nitrür nano-tanecikleri elde etmek üzere, bu çözeltiler ilave edilebilir. Herhangi bir yüksek yüzey alanlı destek ilave edilir, daha sonra Nanotanecikler nanodispersiyonuna olarak depolanan veya nanopowder elde edilmesi için santrifüjlenmiştir edilebilir.

Giriş

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Erken geçiş metal karbür (TMCS) düşük maliyetli, yüksek termal ve elektrokimyasal stabiliteyi yanı sıra benzersiz katalitik aktiviteleri sergileyen toprak bol malzemelerdir. Özellikle 1-3, tungsten karbür (WC) ve molibden karbür (Mo 2 C) olması nedeniyle bu olumlu özelliklerine platin grubu metaller (PGM). 4,5 onların katalitik benzerlikleri yoğun çalışılmıştır, TMCS gibi biyokütle dönüşüm, yakıt hücreleri gibi yenilenebilir enerji teknolojileri, gelişmekte pahalı PGM katalizörler yerine aday olarak tespit edilmiştir ve Elekrtolizerler. 6,7

Katalitik aktivitesini en üst düzeye çıkarmak için, ticari katalizörler hemen hemen her zaman, örneğin, karbon siyahı gibi ultrasmall nanopartiküller yüksek yüzey alanlı bir destek üzerinde dağılmış (çap <10 nm) olarak formüle edilir. 8 Ancak TMCS sentezi, 700 ° C'den daha yüksek bir sıcaklık gerektirir. Bu nanopartic geniş sinterlemeye nedenles (NPS), aşırı yüzey karbon birikim (kok) ve termal destek bozulması. Hem parçacık sinterleme ve destek bozulması kurşun malzeme yüzey alanları azalmış. Gösterilmiştir Aşırı yüzey safsızlık yerleştirme blok aktif metal sitesi, büyük ölçüde azaltabilir veya bazı durumlarda tamamen arasında TMCS. Bu şekilde 9,10 katalitik aktivitesini ortadan kaldırmak için, TMC reaktivitesi temel çalışması çoğunlukla dökme mikro veya ince filmler üzerinde gerçekleştirilen ince oldukça yüksek yüzey alanlı TMC nanomateryallerin ziyade yüzeyleri kontrol edilir.

Bir çok yöntem TMC NPs sentezlenmesi için geliştirilmiştir, fakat bu yöntemler katalitik açıdan aktif TMC NPs sentezlenmesi için uygun değildir. Geleneksel ıslak emprenye teknikleri, yüksek yüzey alanlı bir destek üzerinde emprenye metal tuz çözeltileri kullanılır. Isıtma, ıslak emprenye yöntemleri bozulmasını desteklemek için gelen yıkıcı karbürleme koşullarına katalizör desteği açığa çıkarabilir. Ayrıca, sinterleme cBir tek destek metalin düşük ağırlıkla% yüklemelerinde hafifletilebilir ve ıslak emprenye kullanarak desteklenmeyen TMC Nano tozlar sentezlemek için de mümkün değildir. Çeşitli yeni yöntem, bir karbon öncü ile bir metal ön-karıştırılması ve konvansiyonel olan ve olmayan ısıtma teknikleri uygulayarak. 11-18 Aşırı C sinterleme önlemek için kullanılır, ancak geniş bir yüzey, karbon, bu aşırı karbon verilerinin, katalitik uygulamalar için uygun değildir, bu malzemelerin çıkarılmasını içerir.

Nedeniyle bu sentetik zorluklara, TMCS geleneksel PGMler eş-katalizörler 11 olarak ele alınmıştır, katalizör 19-22 PGMler için destekler veya aktif PGM mono tabakaları için destekler. 23-25 ​​Burada sunulan yöntem olmayan sinterlenmemiş hem sentez yeteneği sunar ve metal-ile-sonlanan TMC NPler gibi geçiş metali nitrür (TMN) ayarlanabilir boyutları, kristalin fazları ve metal bileşim ile NPler. 26 yöntemi de sunmaktadır ab sunduility TMC veya TMN nanodispersiyonların almak veya dolayısıyla termal destek bozulmasını azaltmaya, oda-sıcaklığında yüksek yüzey alanlı katalizör desteği TMC ve TMN NPs yatırmak. Bu yöntem, TMC ve TMN NPS, gelişmiş multımetalik TMC ve TMN NPS, ya da ince kontrollü partikül boyutları ve yüzeyleri gerektiren diğer uygulamalar geliştirilmesi bağımsız katalitik uygulamalar için bu nedenle uygundur. 26

Burada sunulan yöntem, TMC ve TMN NPs sentezlemek için üç adım protokolünü kullanır. Birinci aşamada, bir ters mikro-emülsiyon (RME) silis nanokürecikler kaplamak erken geçiş metali oksit (TMO) NP için kullanılır. Emülsiyon, ticari bir iyonik olmayan yüzey aktif kullanarak, bir polar-olmayan ortam içinde su damlacıklarının dağıtılmasıyla hazırlanır. Silika kapsüllü TMO NPler ardından karbonlama veya nitridizing ısıl işlemler ya da maruz kalır. Reaktif gazlar t yayılmaya izin verirken Burada, silis yüksek sıcaklıklarda parçacık sinterleme önlerTMO NPS ve TMC veya TMN NPS çevirebiliriz. Son aşamada, silika kabukları karbon siyahı gibi yüksek yüzey alanlı bir destek üzerine dağıtılmış olabilir TMC veya TMN nanodispersiyonların elde etmek asidik veya alkalin bir tedavi kullanarak çıkarılır.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Protokol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Silika-kapsüllü Monometalik veya Bimetalik Metal Oksit Nanopartiküller 1. sentezi

  1. Ters mikroemülsiyonun hazırlayın
    1. Temiz, dereceli fırında kurutulmuş bir silindir kullanarak bir fırında kurutulmuş, manyetik karıştırma çubuğuna sahip tabanlı bir şişeye (RBF) çevresinde temiz, fırında kurutulmuş 1 L'susuz n-heptan içinde 240 ml ilave edilir.
    2. Sabit karıştırma altında, n-heptan polioksietilen (4) lauril eter ve 54 ml ekleyin.
      Not: Bekleme sırasında yüksek viskozitenin ve yüzey aktif madde, düşük yüzey geriliminin, temiz, kuru bir 60 ml şırınga doğru hacimler yerine Mezür elde etmek için kullanılmalıdır.
    3. Bir pipet kullanılarak sabit karıştırma altında ultra saf, deiyonize (Dİ) su, 7.8 ml ilave edilir. Bir lastik tıpa ve Parafilm balmumu ile RBF mühür. RME en az 10 dakika süreyle karıştırın edelim.
    4. Bu hidroliz süresini azaltmak için arzu edildiği takdirde, emülsiyona reaktif dereceli NH4 OH 0.1 ila 0.5 ml ilave edilir.
      Not: Bazı metal alkoksit öncüleri hidroNötr pH düzeyinde yavaş Lyze. RME NH4OH ilave sonra en az 10 dakika daha karıştırın edelim. NH 4 0.5 ml ekleyerek temsili bir örnek olarak, OH, titanyum (IV) izopropoksit ile ilgili sentezler için tavsiye edilir.
  2. Bir metal alkoksit öncü, alkol ve n-heptan çözeltisi hazırlayın
    1. Schlenk hattına temiz, fırında kurutulmuş 250 ml'lik RBF bağlayın ve nitrojen ile akıtıldı. Seçenek olarak ise, kuru bir azot eldiven kutusu içine temiz fırında kurutulmuş 250 ml'lik RBF yerleştirin.
    2. Temiz, kuru bir şırınga kullanılarak izopropanol içinde / hac tungsten izopropoksit (WIPO)% 5, 12 ml ekleyin. Bu aşamada, diğer metal alkoksitler, örneğin tantal (V) izopropoksit (Taipo), molibden (V) izopropoksit (MoIPO), niyobyum (V) izopropoksit (NbIPO), titanyum, ilave edilebilir (IV) izopropoksit (TiIPO), nikel (II) metoksietoksit (NiMEO), kobalt (II) izopropoksit (CoIPO) vb
      Not: metal alkoksidler, ticari olarak satın alınabilir veya anhidro eklenmesi ile sentezlenebilirBaşka bir yerde açıklandığı gibi bir Schlenk satırını kullanarak gelen metal klorür tuzuna bize alkol. (Dikkat: gaz HCI metal klorür bültenleri metal alkoksit sentezi ve iyi havalandırılan bir davlumbaz yapılmalıdır) 27
    3. Temiz, fırında kurutulmuş bir kanül kullanılarak, susuz n-heptan metal alkoksit çözeltisi ihtiva eden 250 ml RBF kadar 120 ml aktarmak
  3. Temiz, fırında kurutulmuş bir kanül kullanılarak, 10 dakika açıklık boyunca sabit karıştırma altında RME içine metal alkoksit-alkol n-heptan solüsyonu aktarın.
    Not: tellür (IV) izopropoksit gibi suyla güçlü bir şekilde reaksiyona metal alkoksitler, için, ek olarak bir daha yavaş damla damla hızı gereklidir. Nihai çözüm ne olursa olsun kullanılan metal alkoksit habercisi optik açık olmalıdır, ancak kullanılan metal oksitler ve bunların oksidasyon devletleri bağlı olarak çeşitli renklerde olabilir. Biz emülsiyon şeffaf olsun veya olmasın saydam parçacık boyutuna bağlı olduğunu unutmayınRenk metal oksidasyon durumuna bağlıdır iken.
  4. 4 saat sonra çözelti, damla damla halinde reaktif dereceli NH4 OH 1.4 ml enjekte etmek için temiz, kuru bir şırınga kullanın. Ardından, başka bir temiz, kuru şırınga kullanarak, reaktif dereceli tetraetil ortosilikat (TEOS) damla damla 1.2 ml enjekte edilir.
    Not: karbonlanmasının / nitrürleme sırasında silika kabukları yoğunlaşmaya yol açabilir ve son nanopartiküllerin kafes içinde sodyum kirlilikler neden olabilir Sodyum hidroksit (NaOH) kullanılmamalıdır. Diğer yandan kalıntı NH4OH uygun ısıl işlemler sırasında parçalanır.
  5. 16,5 saat sonra, lastik tıpa çıkarın ve sabit karıştırma altında çözeltiye metanol 300 ml eklemek için bir temiz, kuru bir dereceli silindir kullanır.
  6. Karıştırma 10 dakika sonra, karıştırma çubuğu kaldırmak ve çözelti oturmasına izin verin.
    Not: heptan-zengin üst fazdan ve bir metanol açısından zengin alt faz: Bu iki sıvı faz olacaktır. Silika kapsüllenmiş metal oSiO 2 / MO x olarak belirlenmiş xide nanopartiküller, alt fazdan şişenin dibine tortu olacaktır.
  7. 1 saat sonra, bir organik atık kabı içine sıvı fazlar süzün ve temiz bir 50 ml santrifüj tüplerine katı fazın SiO2 / MO x toplar.
    Not: polipropilen ya da polistiren santrifüj tüpleri kullanılıyorsa kalıntı heptan yavaş yavaş uzunlamasına neden santrifüj tüpü çözülür gibi, çökeltme, bu durumda, uzun süreli saklanamaz. Ayrıca, artık NH 4 OH ve TEOS istenen ne ötesinde büyümeye devam etmesi SiO 2 neden olabilir.
  8. Santrifüj 5 dakika boyunca 2056 xg SiO 2 / MO x fazı, daha sonra organik atık kabına süpernatant süzün.
  9. Her bir 50 ml'lik santrifüj tüpüne aseton 10-30 ml ilave edilir ve çalkalama ya da sonikasyon ile, aseton içinde, tozu dağıtmak. Bu kalsinasyon önce aşırı yüzey aktif temizlenmesine yardımcı olur.
  10. Centrifuge SiO 2 / MO x ve aseton karışımı daha sonra 4626 10 dakika boyunca xg ve bir organik atık kabına süpernatant süzün. SiO 2 / MO x jel gecede kurumasını bekleyin.

Sentezlenen Toz 2. Isıl İşlemi

Dikkat Açıklama: Hidrojen, metan, ve amonyak gazı son derece yanıcıdır. Amonyak gazı toksiktir. Ayrıntılı bir sızıntı kontrolü tüm ısı tedavileri önce yapılmalıdır ve tedavileri gaz çıkışına bir yağ fokurdatıcı iyi havalandırılmış bir davlumbaz tutulan kuvars-tübüler fırınında yapılmalıdır. Tüm gaz silindirleri alev yakalayıcıları ile donatılmış ve uzak fırından saklanmalıdır. Yasa ya da kurumsal düzenlemeler gerektirdiği takdirde, fazla amonyak gazı, büyük bir su hacmi ile kabarcıklar halinde olmalıdır ve ya baz atık olarak atılır veya HCI kullanılarak pH değeri 7 amonyum klorit çözeltisine nötralize edilir.

  1. SiO 2 / MO x powde kalsinasyonuHavada r
    1. Cam karıştırma çubuğu veya harç ve havan tokmağı kullanılarak ince bir toz haline kurutuldu SiO2 / MO x jel ezmek. Bir kuvars tüp fırın içine alümina pota tekneler ve yük tozu koyun.
    2. 2 ° C / dakika ısıtma hızı kullanılarak, 1 saat boyunca 450 ° C'de hava altında 100 sccm SiO2 / MO x toz kalsine. Bu, herhangi bir kalıntı yüzey aktif madde ve aynı zamanda, silika kaldırır kabukları mıkro arttırır. Fırın soğuduktan sonra, ortam koşullarında kalsine SiO 2 / MO x tozları ve mağaza çıkarın.
  2. Metan / hidrojen atmosferinde SiO 2 / MO x tozu karbürizasyon
    1. Bir sırsız alümina pota tekne içine kalsine SiO 2 / MO x tozu yükleyin ve bir kuvars tüp fırın içine yerleştirin. Oksijenin çıkarılması için en az 30 dakika boyunca nitrojen ile kuvars tüp fırın yıkayın. Sabunlu su ile tüm eklemlerin püskürterek bir sızıntı kontrolü yapın.
    2. Kullanma2 ° C / dakika ısıtma hızı, hidrojen 120 sccm ve SİO2 / MC x oluşturulması için 4 saat boyunca 850 ° C de metan 33 sccm'lik altında SiO2 / MO x toz karbürize.
    3. 4 saat sonra, metan akışını durdurmak ve fazla bir yüzey karbon temizlemek için hidrojen sadece 120 sccm içinde 1 saat boyunca 850 ° C 'de tozu tutun.
    4. Fırın yavaş yavaş hidrojen 120 sccm'lik altında oda sıcaklığında soğumaya bırakın. Daha sonra, hidrojeni ayırmak için en az 30 dakika boyunca azot ile fırın yıkayın.
    5. Yavaş havaya maruz kalmadan önce karbürlerin pasifleştirme 3 saat toz üzerinde bir azot 95 SCCM ve havanın 5 SCCM akış.
    6. Bir vakum desikatöre veya hava metal karbür nanopartiküller uzun vadeli toplu oksidasyonunu engellemek için kuru azot torpido gözündeki fırın ve mağaza SiO 2 / MC x tozu çıkartın.
  3. Bir amonyak atmosferinde SiO 2 / MO x tozu nitrürleme
    1. Load bir alümina pota tekne içine kalsine SiO 2 / MO x toz ve kuvars tüp fırın içine yerleştirin.
    2. Oksijenin çıkarılması için en az 30 dakika boyunca nitrojen ile kuvars tüp fırın yıkayın.
    3. 2 ° C / dakika ısıtma hızı kullanılarak, SiO2 / Mn x oluşturulması için 4 saat süre ile 800 ° C'de amonyak 100 sccm altında SiO2 / MO x toz nitridize.
    4. Fırın, yavaş yavaş oda sıcaklığına soğumaya bırakın. Daha sonra, amonyağın ayrılması için en az 30 dakika boyunca azot ile fırın yıkayın.
    5. Yavaş havaya maruz kalmadan önce nitrit pasifleştirme 3 saat toz üzerinde bir azot 95 SCCM ve havanın 5 SCCM akış.
    6. Bir vakum desikatörü içinde veya hava metal nitrür nanopartiküllerinin uzun süreli kütle oksidasyonunu engellemek için kuru bir azot eldiven kutusu içinde fırın ve deposundan SiO2 / Mn x tozu çıkarın.

3. Silika Kabuklar Çıkarma ve Nano Desteklenmesiparçacıklar

Dikkat Açıklama: Amonyum biflüorür (ABF) yüksek oranda toksiktir. Sadece bütil kauçuk eldiven, yüz kalkanı ve HF dirençli kollu bir HF dirençli labcoat dahil olmak üzere uygun kişisel koruyucu ekipman kullanarak iyi havalandırılan bir davlumbaz olarak ele alınmalıdır. Cam ve metal laboratuar ekipmanları ABF tutarken asla kullanılmamalıdır.

  1. (Örneğin WC ve W 2 N) Asit-Stable Metal karbür ve nitrit için Amonyum bifluorür silis Fesih
    1. SiO 2 / MC x veya SiO 2 / MN x 200 mg tartılır ve bir teflon kaplı manyetik karıştırıcı ile 30 ml yapışmalı polipropilen kap koyun.
    2. Bu, karbon siyahı ya da karbon nanotupler gibi yüksek yüzey alanlı bir destek üzerinde katalizör nano-tanecikleri, destek malzeme tartılır ve kapatılabilir polipropilen kap eklemek için isteniyorsa.
      Not: Kitle th nanopartiküllerin istenen yükleme bağlıdır tartılıre destek. Alüminyum oksit gibi ABF stabil olmayan katalizör destekleri için silis çıkartıldıktan sonra destek ilave edilebilir ve ABF nötralize edilir. Herhangi bir destek ilave edilirse, bir nanodispersiyonuna elde edilecektir.
    3. Ultra saf DI su 20 ml ilave edilir ve bir süspansiyon oluşturmak üzere karıştırılması başlar. Seçenek olarak ise, önceden hazırlanmış ağırlıkça% 20 ABF çözeltisi 20 ml ekleyin.
    4. ABF 5 g tartın ve daha sonra karıştırma işlemi karışıma ekleyin. Eklendikten sonra, polipropilen konteyner mühür.
      Not: su içinde ABF çözünmesi endotermik olduğundan, çözeltinin sıcaklığı düşecektir.
    5. Silika ve katalizör destek malzemesi üzerinde nanopartiküllerin iyi bir dispersiyon tam bir erimesini sağlamak için, 6-7 arasında bir pH değerine ABF Solüsyonu nötralize etmek için reaktif dereceli NH4OH damla damla eklenerek 16 saat sonra reaksiyonu durdurun. Uyarı: bu reaksiyon ekzotermiktir.
    6. 10 dakika boyunca 2056 x g'de bir santrifüj tüpüne ve santrifüj içine nötralize karışımı boşaltın.
    7. Supe boşaltınbir alkalin atık kabına rnatant (toplam nötralizasyonun sağlanması için) ve ultra saf Dİ su, 20 ml katalizör tozu yeniden disperse.
    8. 10 dakika boyunca 4626 xg'de santrifüj, supernatant atmak ve bir final 20 ml DI su durulama yapmak. 12.850 x g'de kadar desteklenmeyen nanopartiküller için gerekli olabilir.
    9. Vakum altında kurutulur ve daha sonra bir toz, bir vakum desikatörü veya metal karbür veya nitrür nanopartiküller uzun süreli kütle oksidasyonunu engellemek için kuru bir azot eldiven kutusu içinde depolar.
  2. (Örneğin TaC ve Ta 3 N 5 gibi) Alkali-Kararlı karbür ve nitrit için Sodyum hidroksit silis Fesih
    1. SiO2 / MC x veya SiO2 / Mn x 200 mg tartılır ve bir manyetik karıştırma çubuğu ile bir 50 ml cam RBF içinde koydu. Dışarı tartılır ve istenirse bir katalizör desteği ekleyin.
    2. En az 0.1 M sulu NaOH çözeltisi 30 ml ekleyin. RBF için bir kondansatör takın veya kauçuk tıpa ve Parafilm balmumu ile mühür.
    3. 16 saat boyunca sabit karıştırma altında, 60 ° C'de ısıtın. Soğutulduktan sonra, 10 dakika boyunca 2056 x g'de santrifüj çözeltisi.
    4. Bir alkalin atık kabına boşaltın ve süpernatant ultra saf DI su 20 ml katalizör tozu yeniden disperse.
    5. 10 dakika boyunca 4626 xg'de santrifüj, supernatant atmak ve bir final 20 ml DI su durulama yapmak. 12.850 x g'de kadar desteklenmeyen nanopartiküller için gerekli olabilir.
    6. Vakum altında kurutulur ve daha sonra bir toz, bir vakum desikatörü veya metal karbür veya nitrür nanopartiküller uzun süreli kütle oksidasyonunu engellemek için kuru bir azot eldiven kutusu içinde depolar.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Sonuçlar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Protokolün birinci aşamasında, hedef mikro gözenekli silikon küre içinde tereftalik veya bimetal geçiş metali oksit (TMO) NPs kapsüllemek olmaktadır. 1 öncesi ve metanol ile çökeltildikten sonra, temsili sentezlerin alınan görüntüleri göstermektedir. İki tekrarlanabilir morfolojik sonuçlar sentezinde kullanılan metaller bağımlı gibi görünmektedir, bu adım sırasında gözlenen: TMO NPler, tek başına bir silis küre (Şekil 2b) ya da çoklu TMO NPler tek silika alanı içinde ka...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Tartışma

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Ayarlanabilir boyutları ve yapısı olmayan sinterlenmiş metal sona geçiş metali karbit ve nitrür nanopartiküllerin sentezi için bir prosedür burada sunulan yöntemde 26 kritik adımlar şunlardır:. Seyreltildi metal alkoksit öncüsünün içeren bir nem içermeyen RBF kullanılarak, alkali metal kaçınarak karbonlama veya bileşenler nitridizing ve amonyum bifluorür ile çalışırken uygun KKD kullanmadan önce uygun bir sızıntı kontrolü yapılması, aseton veya izopropanol aksine aşırı metanol ile RME çökeltme tüm adımları sı...

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Açıklamalar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yoktur.

Teşekkürler

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

Bu çalışma, Kimya Bilimleri, Yerbilimleri ve Biyolojik Bilimler Bölümü, Temel Enerji Bilimleri Ofisi, Bilim Ofisi, ABD Enerji Bakanlığı tarafından desteklenmiştir. DE-FG02-12ER16352. STH, Ulusal Bilim Vakfı'na, 1122374 No'lu Hibe kapsamında Ulusal Bilim Vakfı Lisansüstü Araştırma Bursu aracılığıyla mali destek için teşekkür eder.

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi
AdŞirketKatalog numarasıYorumlar
n-heptanSigma-Aldrich246654
polioksietilen (4) lauril eterSigma-Aldrich235989Brij® L4
tungsten (VI) izopropoksitAlfa Aesar40247W (VI) IPO
tungsten (VI) klorürSigma-Aldrich241911W(VI)IPO, ev yapımı
tungsten (IV) klorürStrem Chemicals74-2348W(IV)IPO, ev yapımı
tantal (V) izopropoksithazırlamak için Alfa Aesar40038Ta(V)IPO
niyobyum (V) izopropoksitAlfa Aesar36572Nb(V)IPO
nikel (II) metoksietoksitAlfa Aesar42377Ni(II)MEO
titanyum (IV) izopropoksitSigma-Aldrich87560Ti(IV)IPO
molibden (V) izopropoksitAlfa Aesar39159Mo(V)IPO
molibden (V) klorürSigma-Aldrich208353Mo(V)IPO, ev yapımı
tetraetil ortosilikathazırlamak için Sigma-Aldrich333859TEOS
amonyum hidroksitSigma-Aldrich320145
metanolSigma-Aldrich34860
susuz izopropanolSigma-Aldrich278475Ev yapımı alkoksitler hazırlamak için
amonyum biflorürSigma-Aldrich224820
karbon siyahıCabot Corp.Vulcan® XC72R
MetanHava GazıME R300
HidrojenHava GazıHY UHP300
AmonyakHava GazıAH80N705
Kuvars Tüp FırınMTI Corp.OTF-1200X-S-UL
hazırlamak için

Kaynaklar

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Oyama, S. T. The Chemistry of Transition Metal Carbides and Nitrides. , Blackie. (1996).
  2. Michalsky, R., Zhang, Y. -J., Medford, A. J., Peterson, A. A. Departures from the Adsorption Energy Scaling Relations for Metal Carbide Catalysts. J. Phys. Chem. C. 118 (24), 13026-13034 (2014).
  3. Kimmel, Y. C., Xu, X., Yu, W., Yang, X., Chen, J. G. Trends in Electrochemical Stability of Transition Metal Carbides and Their Potential Use As Supports for Low-Cost Electrocatalysts. ACS Catal. 4 (5), 1558-1562 (2014).
  4. Levy, R. B., Boudart, M. Platinum-like behavior of tungsten carbide in surface catalysis. Science. 181, 547-549 (1973).
  5. Chen, Z., Higgins, D., Yu, A., Zhang, L., Zhang, J. A review on non-precious metal electrocatalysts for PEM fuel cells. Energy Environ. Sci. 4 (9), 3167-3192 (2011).
  6. Esposito, D. V., Chen, J. G. Monolayer platinum supported on tungsten carbides as low-cost electrocatalysts: opportunities and limitations. Energy Environ. Sci. 4, 3900(2011).
  7. Stottlemyer, A. L., Kelly, T. G., Meng, Q., Chen, J. G. Reactions of oxygen-containing molecules on transition metal carbides: Surface science insight into potential applications in catalysis and electrocatalysis. Surf. Sci. Rep. 67, 201-232 (2012).
  8. Bell, A. T. The impact of nanoscience on heterogeneous catalysis. Science. 299, 1688-1691 (2003).
  9. Kimmel, Y. C., Esposito, D. V., Birkmire, R. W., Chen, J. G. Effect of surface carbon on the hydrogen evolution reactivity of tungsten carbide (WC) and Pt-modified WC electrocatalysts. Int. J. Hydrogen Energy. 37, 3019-3024 (2012).
  10. Yang, X., Kimmel, Y. C., Fu, J., Koel, B. E., Chen, J. G. Activation of Tungsten Carbide Catalysts by Use of an Oxygen Plasma Pretreatment. ACS Catal. 2, 765-769 (2012).
  11. Garcia-Esparza, A. T., et al. Tungsten carbide nanoparticles as efficient cocatalysts for photocatalytic overall water splitting. ChemSusChem. 6, 168-181 (2013).
  12. Yan, Z., Cai, M., Shen, P. K. Nanosized tungsten carbide synthesized by a novel route at low temperature for high performance electrocatalysis. Sci. Rep. 3, 1646(2013).
  13. Giordano, C., Erpen, C., Yao, W., Antonietti, M. Synthesis of Mo and W carbide and nitride nanoparticles via a simple 'urea glass' route. Nano Lett. 8, 4659-4663 (2008).
  14. Abdullaeva, Z., et al. High temperature stable WC1−x@C and TiC@C core–shell nanoparticles by pulsed plasma in liquid. R. Soc. Chem. Adv. 3, 513(2013).
  15. Vallance, S. R., et al. Probing the microwave interaction mechanisms and reaction pathways in the energy-efficient, ultra-rapid synthesis of tungsten carbide. Green Chem. 14, 2184(2012).
  16. Shen, P. K., Yin, S., Li, Z., Chen, C. Preparation and performance of nanosized tungsten carbides for electrocatalysis. Electrochim. Acta. 55, 7969-7974 (2010).
  17. Nikiforov, A. V., et al. WC as a non-platinum hydrogen evolution electrocatalyst for high temperature PEM water electrolysers. Int. J. Hydrogen Energy. 37, 18591-18597 (2012).
  18. Fang, Z. Z., Wang, X., Ryu, T., Hwang, K. S., Sohn, H. Y. Synthesis, sintering, and mechanical properties of nanocrystalline cemented tungsten carbide – A review. Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 27, 288-299 (2009).
  19. Liu, Y., Kelly, T. G., Chen, J. G., Mustain, W. E. Metal Carbides as Alternative Electrocatalyst Supports. ACS Catal. 3, 1184-1194 (2013).
  20. Nie, M., Shen, P. K., Wei, Z. Nanocrystaline tungsten carbide supported Au–Pd electrocatalyst for oxygen reduction. J. Power Sources. 167 (1), 69-73 (2007).
  21. Ham, D. J., et al. Palladium-nickel alloys loaded on tungsten carbide as platinum-free anode electrocatalysts for polymer electrolyte membrane fuel cells. Chem Commun (Camb). 47 (20), 5792-5794 (2011).
  22. Yan, Y., et al. Template-free pseudomorphic synthesis of tungsten carbide nanorods. Small. 8, 3350-3356 (2012).
  23. Esposito, D. V., et al. Low-cost hydrogen-evolution catalysts based on monolayer platinum on tungsten monocarbide substrates. Angew. Chem. Int. Ed. 49, 9859-9862 (2010).
  24. Esposito, D. V., Hunt, S. T., Kimmel, Y. C., Chen, J. G. A new class of electrocatalysts for hydrogen production from water electrolysis: metal monolayers supported on low-cost transition metal carbides. J. Am. Chem. Soc. 134, 3025-3033 (2012).
  25. Kelly, T. G., Hunt, S. T., Esposito, D. V., Chen, J. G. Monolayer palladium supported on molybdenum and tungsten carbide substrates as low-cost hydrogen evolution reaction (HER) electrocatalysts. Int. J. Hydrogen Energy. 38, 5638-5644 (2013).
  26. Hunt, S. T., Nimmanwudipong, T., Roman-Leshkov, Y. Engineering non-sintered, metal-terminated tungsten carbide nanoparticles for catalysis. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 53 (20), 5131-5136 (2014).
  27. Mehrota, R. C. Alkoxides and Alkylalkoxides of Metals and Metalloids. Inorg. Chim. Acta. 1, 99-112 (1967).
  28. Munoz-Aguado, M., Gregorkiewitz, M. Sol-Gel Synthesis of Microporous Amorphous Silica from Purely Inorganic Precursors. J. Colloid Interface Sci. 185, 459-465 (1997).

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.

Yeniden basım ve izinler

Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste

İzin iste

Etiketler

Reverse MicroemulsionSilica EncapsulationMetal Oxide NanoparticlesCarburization ProcessNitridation ProcessSilica Shell RemovalTransmission Electron MicroscopyPowder X ray DiffractionX ray Photoelectron SpectroscopyHigh Surface Area Support

İlgili makaleler