Otomatik Güncelleştirmeler, Pd ve Pt Aerogels üzerinden doğrudan çözüm tabanlı azaltma için hızlı sentez yöntemi

Bu yöntem, aerojel alanındaki metal aerojellerin önceden oluşturulmuş nanopartiküllerden ziyade sulu çözeltilerden doğrudan sentezlenme olasılığı hakkındaki temel soruların yanıtlanmasına yardımcı olabilir. Sol jeller gibi diğer yöntemler, nanopartikül birleşmesi için çok daha uzun süreler gerektirir. Bu tekniğin etkileri, asil metal aerojellerin yüksek yüzey alanı ve destek malzemelerinin eksikliği nedeniyle kataliz ve algılama uygulamalarına kadar uzanır.

Bu yöntem doğrudan aerojel sentezi hakkında bilgi sağlayabilse de, aerojel monolitler üzerinde daha iyi şekil kontrolü elde etmek için biyoşablonlama gibi diğer sentez tekniklerine de uygulanabilir. Prosedüre başlamak için, deiyonize suda 0.1 molar altın (III) klorür trihidrat ve sodyum tetrakloropallat çözeltilerinin her biri iki mililitre hazırlayın. Tuzları çözmek için çözeltileri kuvvetlice çalkalayın ve girdaplayın.

Tamamen çözünmesini sağlamak için paladyum çözeltisini birkaç saat bekletin. Hacimce bire bir deiyonize su ve etanol karışımında iki mililitre 0.1 molar potasyum hekzakloroplatinat hazırlayın. Tuzlar eriyene kadar karışımı kuvvetlice çalkalayın ve girdaplayın.

Deiyonize suda 0.1 molar dimetilamin boran ve sodyum borohidrür çözeltilerinin her birini 10 mililitre hazırlayın. Tam çözünmeyi sağlamak için çözeltileri bir ila iki dakika vorteksleyin. Ardından, 0,5 mililitre altın çözeltisini 1,7 mililitre veya iki mililitrelik bir mikrosantrifüj tüpüne aktarın.

Tuzu ve indirgeyici maddeyi hızlı bir şekilde karıştırmak için tüpe 0,5 mililitre DMAB'yi kuvvetlice pipetleyin. Mikrosantrifüj tüpünü bir rafa yerleştirin ve hidrojen gazının kaçmasına izin vermek için kapağı açık bırakın. Aynı şekilde, 0.5 mililitre platin çözeltisini 0.5 mililitre DMAB ile ve 0.5 mililitre paladyum çözeltisini 0.5 mililitre sodyum borohidrür ile birleştirin.

Reaksiyona başladıktan yaklaşık beş dakika sonra, mikrosantrifüj tüplerini kapatın ve metal jelin bir parçası olmayan metal parçacıklarının birleşmesine yardımcı olmak için bunları üç ila beş kez hafifçe ters çevirin. Tüplerin kapağını hemen açın ve ters çevirdikten sonra rafa geri koyun. Metal iyonlarının tamamen azalmasını ve yüzeydeki serbest enerjinin en aza indirilmesini sağlamak için yeni ortaya çıkan metal jelleri indirgeyici ajan çözeltilerinde üç ila altı saat bırakın.

Ardından, menisküsün jel ile temas etmemesi için yeterli çözelti kaldığından emin olarak, fazla indirgeyici maddeyi her tüpten dikkatlice çıkarın. Deiyonize suyu tamamen dolana kadar mikrosantrifüj tüplerine yavaşça pipetleyin. Ardından, üç adet 50 mililitrelik konik tüpü deiyonize su ile doldurun.

Her bir mikrosantrifüj tüpünü bir deiyonize su tüpüne batırın ve her bir jelin mikrosantrifüj tüpünden daha büyük tüpe kaymasına izin verin. Gerekirse jeli bir spatula ile nazikçe hareket ettirin. Tüpleri kapatın ve jelleri 24 saat boyunca deiyonize suda bırakın.

Suyu 12 saat sonra solvent değişimi ile değiştirin. Suyu değiştirirken menisküsün jellerle temas etmesine izin vermeyin. Islak metal jeller için EIS prosedürüne başlamak için, menisküs durulanan jellerle temas etmeden mümkün olduğunca fazla suyu alın.

Her tüpe 50 mililitre 0.5 molar potasyum klorür ekleyin ve jellerin 24 saat bekletilmesine izin verin. Ardından, bir milimetrelik potasyum tel elektrodu reaktif olmayan cila ile kaplamak için ince kıllı bir fırça kullanın ve uçta dört ila beş milimetre açıkta bırakın. Cilanın 20 dakika kurumasını bekleyin.

Aynı şekilde en az bir kat daha cila uygulayın. Daha sonra, elektrokimyasal şişe olarak hizmet etmek için 50 mililitrelik bir konik tüpü ikiye bölün. Modifiye edilmiş tüp için delikli bir kapak veya contadan doymuş bir gümüş-gümüş klorür referans elektrodu ve 0,5 milimetre potasyum tel karşı elektrot yerleştirin.

Üç elektrodu bir potansiyostata bağlayın. Jelin sıvı-hava arayüzüne temas etmesine izin vermeden elektroliti ve dengelenmiş jeli tüpe nazikçe dökerek jellerden birini ve elektrolitini modifiye edilmiş tüpe aktarın. Jelenin tüpün dibine yerleştiğinden emin olun ve gerekirse elektrolit ekleyin.

Ardından, kapağı tüpün üzerine yerleştirin ve referans ve karşı elektrotları gerektiği gibi ayarlayın. Altın jel için, cila kaplı çalışma elektrodunun çıplak ucunu yavaşça jelin içine yerleştirin. Paladyum ve platin jeller için, cila kaplı çalışma elektrodunu iç yüzey boyunca konik şişeye yerleştirin ve metal jeli çıplak platin tel ucunun üzerine koyun.

10 milivolt genlikli sinüs dalgası kullanarak 100 megahertz ile bir milihertz arasındaki frekanslarda potansiyostatik EIS taramaları gerçekleştirin. Akım taşması durumunda, aynı frekans aralığına ve 100 ila 200 miliamper sinüs dalgası genliğine sahip galvanostatik bir EIS kullanın. Elektrokimyasal karakterizasyonu takiben, jelleri jel sentezinin sonunda tarif edildiği gibi 24 saat boyunca deiyonize su ile durulayın.

Ardından, menisküsün jellerle temas etmesine izin vermeden mümkün olduğunca fazla durulamayı çıkarın. Jelleri eksi 80 derecede 30 dakika dondurun. Son olarak, metal aerojelleri elde etmek için jelleri dört paskal veya daha düşük bir basınç ayar noktasına sahip bir dondurarak kurutucuda dondurarak kurutun.

Altın, paladyum ve platin aerojellerin tümü karakteristik hidrofobiklik gösterdi ve daha yavaş sentez teknikleriyle oluşturulan jellerle karşılaştırılabilir özelliklere sahipti. Taramalı elektron mikroskobu, altın aerojellerin büyük nanogözeneklere ve pürüzsüz bağlara sahip olduğunu gösterdi. Paladyum ve platin aerojeller, kaynaşmış nanopartiküller ve daha dar bağlar ile bir ip üzerinde boncuk yapısına sahipti.

Platin aerojel, paladyum aerojelinden daha geniş bir makro gözenekli yapı çapları aralığına sahipti, bu da birleşmeyi sağlamak için etanol kullanılmasını gerektiren platin nanopartikül stabilitesine ve bunun sonucunda jel oluşumu sırasında büyük hidrojen gazı kabarcığı evriminin kolaylaştırılmasına atfedildi. X-ışını kırınımı, tespit edilebilir oksitler olmadan ilgili metaller için karakteristik zirveler gösterdi. Azot gazı fizyorpsiyon izotermleri, mezogözenekli malzemelerin karakteristiği olan Tip IV idi.

İzotermlerden modellenen gözenek boyutu dağılımı ve kümülatif gözenek hacmi, ağırlıklı olarak iki ila 50 nanometre aralığında gözenek boyutlarını gösterdi ve aerojellerin mezogözenekli olduğunu doğruladı. Elektrokimyasal empedans spektrumları, modifiye edilmiş bir Randle'ın eşdeğer devre modeline dayanan bir iletim hattı modeli ile donatıldı. Spesifik kapasitanslar ve spesifik yüzey alanları EIS verilerinden hesaplanmıştır.

Bu değerler, döngüsel voltametri deneylerinden belirlenen spesifik kapasitanslar ve yüzey alanları ile tutarlıydı. Bu yöntem fikrini, ilk olarak, 100 milimolar soy metal çözeltisini ve indirgeyici ajanları, bunları atmadan ve metal jellerin hızlı oluşumunu gözlemlemeden önce diğer projeler için birleştirmeye dayanarak geliştirdik. Bir kez ustalaştıktan sonra, bu teknik, durulama ve kurutma adımlarından birkaç dakika önce asil metal jellerle sonuçlanabilir.

Bu prosedürü denerken, jel sıkışmasını önlemek için metal jellerin sıvı-hava arayüzü ile temasından kaçınmayı unutmayın. Bu prosedürü takiben, aerojel şekil kontrolünün zorluklarını ele almak için biyoşablonlama gibi diğer yöntemler de gerçekleştirilebilir.