Geliştirilmiş Elektron İletken özellikleri ile Fe-katkılı Alüminosilikat Nanotüpler Sentezi ve Karakterizasyonu

Bu prosedürün genel amacı, tanımlanmış dokusal ve yüzey özelliklerine ve uygun imogolite göre azaltılmış bir bant aralığına sahip imogolit tipindeki demir katkılı alüminosilikat nanotüpleri sentezlemektir. Bu yöntem, doğrudan sentez veya sentez sonrası yükleme ile maksimum ağırlık yüzde 1.4 demir içeriğine sahip demir katkılı nanotüplerin hazırlanmasına izin verir. Sentez sonrası dopingin temel avantajları, prosedürün basitliğidir.

Doping, önceden oluşturulmuş nanotüplerin dış yüzeyindeki alüminyumun iyonik değişimi ile gerçekleşir. Demir katkısının önemli bir sonucu, imogolit bant aralığının 4.9'dan 2.8 ila 2.4 elektron volta düşürülmesidir, bu da özellikle fotokatalitik ve yarı iletken uygulamaları için geçerlidir. Yüzey demirinin üç tarafı, nanotüp yüzeylerinde elektrostatik ve ligand etkileşimlerini araştırmak için kullanılabilen anyonik azo-boyalara sahip kanallar oluşturur.

Bu yöntemin bu gösterimi, nanotüplerin oluşumu kesinlikle uygun sentez koşullarının kullanılmasına bağlı olduğu için kritiktir. Nanotüp sentezine başlamak için, kuru bir ortamda, iki litrelik bir behere 187.7 mililitre çift damıtılmış su koyun. 80 milimolar bir çözelti elde etmek için 1.3 mililitre% 70 perklorik asit ekleyin ve karışımı bir karıştırma plakasına yerleştirin.

Dereceli bir pipet kullanarak, küçük bir behere sekiz mililitre alüminyum tri-sec-butoxide yerleştirin. Başka bir dereceli pipetle 3,8 mililitre tetraetil ortosilikat ekleyin ve karışım berrak ve renksiz olana kadar hafifçe karıştırın. Silikon-alüminyum stokiyometri oranına göre biraz fazla TEOS, diğer fazların tercihli oluşumunu önlemek için kullanılmalıdır.

ATSB TEOS karışımını ekleyin, karıştırırken perklorik asit çözeltisine hafifçe damlatın. Şeffaf bir karışım elde etmek için 18 saat karıştırmaya devam edin. Karıştırma karışımına 1,3 litre çift damıtılmış su ekleyin.

20 dakika karıştırmaya devam edin. Seyreltilmiş karışımı kalın duvarlı bir PTFE otoklav reaktörüne yerleştirin ve karışımı polimerize etmek için dört gün boyunca 100 santigrat derecede ısıtın. Reaksiyon karışımının seyreltilmesi kritiktir, çünkü ortosilisik asidin yoğunlaşması nanotüp oluşumunu engeller.

Optimum sıcaklık 95 ile 100 derece arasında olmalıdır. Sıcaklığın düşürülmesi nanotüplerin oluşumunu azaltırken, sıcaklığın arttırılması safsızlıklar oluşturur. Isıttıktan sonra, nanotüpleri 0.02 mikronluk bir filtrede toplayın.

Nanotüpleri çift damıtılmış su ile yıkayın ve filtrelenmiş katıyı gözlemleyin. Beyaz bir toz halinde imogolit nanotüpler elde etmek için nanotüpleri bir gün boyunca 50 santigrat derecede bir fırında kurutun. Sentez sonrası yüklemeye başlamak için, 0.25 gram IMO nanotüpünü 15 mililitre çift damıtılmış suya dağıtın.

0.025 gram demir üç klorür hekzahidrat ekleyin ve karışımı 18 saat karıştırın. Daha sonra demir okso-hidroksit türlerini çökeltmek için kırmızımsı kahverengi karışıma üç mililitre su ve 1.5 mililitre amonyum hidroksit ekleyin. Karışımı süzün, katıları çift damıtılmış suyla yıkayın ve demir-L-IMO nanotüpleri izole etmek için 48 saat boyunca 120 santigrat derecede kurutun.

Demir katkılı nanotüplerin sentezine başlamak için, kuru bir ortamda, 0.1 gram demir üç klorür hekzahidratı 190 mililitre 80 milimolar perklorik asit çözeltisinde çift damıtılmış suda karıştırarak çözün. Dereceli pipetler kullanarak sekiz mililitre ATSB ve 3,8 mililitre TEOS karışımı hazırlayın. Daha sonra karıştırırken karışımı demir çözeltisine damla damla ekleyin.

Karışımın pH'ının dört olduğunu kontrol edin ve ardından kırmızımsı kahverengi bir karışım elde etmek için karışımı 18 saat karıştırın. Karışıma 1,3 litre çift damıtılmış su ekleyin ve bir saat karıştırın. Ardından karışımı bir PTFE otoklav reaktörüne dökün.

Reaktörü kapatın ve karışımı dört gün boyunca 100 santigrat derecede bir fırında ısıtın. Katıları toplayın, çift damıtılmış suyla yıkayın ve demir 0.70 IMO nanotüpleri izole etmek için katıları gece boyunca 50 santigrat derecede kurutun. Hacimsel bir şişede, çift damıtılmış suda 200 mililitre 0.67 milimolar asit turuncu yedi çözelti hazırlayın.

Nihai çözelti pH'ı 6.8 olmalıdır. Bir küveti doldurun ve başlangıç referansı olarak boya çözeltisinin bir iletim UV-Vis spektrumunu elde edin. Asit turuncu yedi'nin hidrazon tautomerine karşılık gelen 484 nanometre bandının yoğunluğunu belirleyin.

Her numune için, 50 miligram izole nanotüplere 50 mililitre boya solüsyonunu koyu renkli bir şişeye koyun ve karışımı karıştırmaya başlayın. Beş dakika sonra, bir tüp hazırlayın ve karışımın beş mililitresini üç dakika boyunca 835 kez G'de santrifüjleyin. Süpernatanı boşaltın ve 484 nanometre bandının yoğunluğunu belirleyin.

Numuneyi üç gün boyunca karıştırarak bırakın, numunenin bölümlerini ayarlanan zamanlarda santrifüjleyin ve analiz edin. Zaman içinde nanotüplere adsorbe edilen boya miktarını belirlemek için 484 nanometre bant yoğunluğunu izleyin. Dağınık yansıtıcılar UV-Vis spektroskopisi, demir katkılı NT'lerin tümünde demir üç artı artı oktahedral alüminyum üç artı izomorfik ikame olduğunu gösterir.

Sentez sonrası yükleme, demir okso-hidroksit kümelerinin oluşumunu destekler, ancak kümeler daha yüksek demir içeriği ile sentezlenen NT'lerde de görülür. Demir katkılı NT'lerin yüzey yükü davranışı, katkısız IMO NT'lere benzer, ancak anyonik bir boyayı pH 6.8 çözeltisinden çıkarma yeteneği değişir. Demir 1.4 ve demir 0.7 NT'lerdeki plato davranışı, demir boya eklentilerinin oluşumuna bağlanmaktadır.

Yüzey alanı ve hacimdeki farklılıklar, sentez sonrası yüklemenin öncelikle NT dış yüzeyini etkilediğini göstermektedir. Bu nedenle, okso-hidroksit kümelerinin demir-L NT yüzeyinin büyük bir bölümünü kapladığı varsayılmaktadır. Hacimli boya için mevcut yüzey alanını sınırlamak.

Demir katkılı NT'lerin tümünde bant aralığı azalır. Demir okso-hidroksit kümelerinin IMO'nun bant aralığını azalttığı düşünülmektedir, bu da en küçük bant aralığına sahip demir-L NT'lerle uyumludur. Ancak kümelerden d'den d'ye geçiş, bant aralığı belirlemeyi daha zor hale getirebilir.

Bu prosedürü denerken, ATSB ile çalışırken nemsiz bir ortam kullanmak önemlidir. Kuru bir ortam kullanarak, ATSB hidrolizinden kaçınırken silikon ve alüminyum öncüsünü dereceli pipet ile ölçmek mümkündür. Bu prosedürü takiben, diğer bileşiklerin ilişkili davranışı, sudaki organik kirleticilere karşı fotokatalitik aktivite gibi demir katkılı nanotüplerin aktiviteleri hakkında ek soruları yanıtlamak için araştırılabilir.

Sentez sonrası yükleme tekniğinin geliştirilmesi, basit iyonik değişim ile imogolit dış yüzeyinde alüminyum için benzer katyonların ikame edilmesini keşfetme olasılığını açar. Bu videoyu izledikten sonra, demir katkılı nanotüplerin reaktif demir ile nasıl sentezleneceğini ve değerlendirileceğini, bir yüzeyde üç koordineli bölge olduğunu anlamalısınız.