Ein "abnehmbares keramisches Beschichtungsverfahren" wird in visueller Form für die Synthese von nicht gesinterten und metallterminierten monometallischen und bimetallischen Metallcarbid- und Nitrid-Nanopartikeln mit einstellbaren Größen und Kristallstrukturen vorgestellt.
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Methodenartikel
Umkehrmikroemulsion-vermittelte Synthese von Monometallische und Bimetall frühes Übergangsmetall Carbide und Nitride Nanopartikel
In diesem Artikel
Zusammenfassung
Zusammenfassung
Ein Reverse-Mikroemulsion wird verwendet, um mono oder Bimetall frühes Übergangsmetall-Nanopartikel in mikroporösen Silikatschalen kapseln. Die Glasverkapselte Metalloxid-Nanopartikel werden dann in einer Methan / Wasserstoff-Atmosphäre bei Temperaturen über 800 ° C aufgekohlt, um Glasverkapselte frühen Übergangsmetallcarbid-Nanopartikel zu bilden. Während der Aufkohlungsprozeß verhindern die Kieselschalen der Sinter benachbarter Hartmetall-Nanopartikel aber auch die Ablagerung von überschüssigem Oberflächenkohlen verhindern. Alternativ können die Glasverkapselte Metalloxid-Nanopartikel in einer Ammoniakatmosphäre bei Temperaturen über 800 ° C nitridiert werden Glasverkapselte frühes Übergangsmetall-Nitrid-Nanopartikel zu bilden. Durch Einstellen der Umkehrmikroemulsion Parameter die Dicke der Silikatschale und der Aufkohlung / Nitridierung Bedingungen sind die Übergangsmetall-Carbid oder Nitrid-Nanopartikel können auf verschiedene Größen, Zusammensetzungen ein abgestimmtnd Kristallphasen. Nach der Aufkohlung oder Nitrierung werden die Kieselschalen dann entweder bei Raumtemperatur eine wässrige Lösung Ammoniumbifluorid oder einer 0,1 bis 0,5 M NaOH-Lösung bei 40-60 ° C entfernt. Während die Kieselsäure Schalen Auflösen eine hohe Flächenauflagefläche, wie beispielsweise Ruß, kann zu diesen Lösungen zugegeben werden, um gelagert frühen Übergangsmetallcarbid oder -nitrid-Nanopartikel zu erhalten. Wenn kein Träger mit hoher Oberfläche zugegeben wird, dann können die Nanoteilchen als Nanodispersion gelagert oder zentrifugiert, um ein Nanopulver erhalten.
Einleitung
Frühen Übergangsmetallcarbide (TMCs) sind kostengünstige, erde reichen Materialien, die eine hohe thermische und elektrochemische Stabilität sowie einzigartige katalytische Aktivitäten aufweisen. 1-3 Insbesondere Wolframcarbid (WC) und Molybdäncarbid (Mo 2 C) wurde ausgiebig auf ihre katalytische Ähnlichkeiten mit der Platingruppenmetalle (PGM). 4,5 Aufgrund dieser günstigen Eigenschaften studiert haben TMCs als Kandidaten für den Ersatz teurer PGM-Katalysatoren in den Schwellen erneuerbaren Energietechnologien, wie beispielsweise die Umwandlung von Biomasse, Brennstoffzellen identifiziert worden, und Elektrolyseuren. 6,7 <....
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Protokoll
1. Synthese von Glasverkapselte Monometallische oder Bimetall-Metalloxid-Nanopartikel
- Bereiten Sie die umgekehrte Mikroemulsion
- Werden 240 ml wasserfreies n-Heptan, um eine saubere, im Ofen getrockneten 1 l-Rundkolben (RBF) mit einem ofengetrockneten magnetischen Rührstab und mit einem sauberen, ofengetrocknet Meßzylinder.
- Hinzuzufügen 54 ml Polyoxyethylen (4) laurylether zu dem n-Heptan unter konstantem Rühren.
Hinweis: Wegen der hohen Viskosität und niedrigen Oberflächenspannung dieser Tensid sollte ein sauberer, trockener 60 ml-Spritze verwendet werden, um genaue Mengen anstelle einer Messzylinder erhalten. - In 7,8 ml ....
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Ergebnisse
Im ersten Schritt des Protokolls ist es das Ziel, den mono oder Bimetall-Übergangsmetall-Oxid (TMO) NPs im mikroporösen Silica-Kügelchen einzukapseln. 1 zeigt Bilder repräsentative Synthesen vor und nach Fällung mit Methanol aufgenommen. Zwei reproduzierbare morphologische Verläufe wurden bei diesem Schritt, dass abhängig von den in der Synthese verwendeten Metalle zu sein scheinen, festgestellt: Die TMO NPs können einzeln mit einem Siliciumdioxid Kugel (2b) oder mehrere TMO NPs kann in.......
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Diskussion
Ein Verfahren zur Synthese von nicht-gesinterten, metallterminierten Übergangsmetallcarbid und Nitrid-Nanopartikel mit abstimmbaren Größen und Struktur wird hier vorgestellt 26 Kritische Schritte des Verfahrens umfassen:. Verwendung einer feuchtigkeitsfreien RBF des verdünnten Metallalkoxid-Vorstufe enthalten, die Vermeidung Alkalimetall- Verunreinigungen während aller Schritte, Ausfällen des RME mit überschüssigem Methanol im Gegensatz zu Aceton oder Isopropanol, die Durchführung eines korrekten Leckprüfung .......
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Offenlegungen
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Danksagungen
Diese Arbeit wurde gesponsert von der Abteilung für chemische Wissenschaften, Geowissenschaften und Biowissenschaften, Büro für grundlegende Energiewissenschaften, Büro für Wissenschaft, U.S. Department of Energy, Förder-Nr. DE-FG02-12ER16352. S.T.H. dankt der National Science Foundation für die finanzielle Unterstützung durch das National Science Foundation Graduate Research Fellowship im Rahmen des Stipendiums Nr. 1122374.
....Zugriff eingeschränkt. Bitte melden Sie sich an oder starten Sie eine Testversion, um diesen Inhalt anzuzeigen.
Materialien
| Name | Unternehmen | Katalognummer | Kommentare |
|---|---|---|---|
| n-Heptan | Sigma-Aldrich | 246654 | |
| Polyoxyethylen (4)-laurylether | Sigma-Aldrich | 235989 | Brij® L4 |
| Wolfram (VI) isopropoxid | Alfa Aesar | 40247 | W(VI)IPO Wolfram |
| (VI) chlorid | Sigma-Aldrich | 241911 | Zur Vorbereitung von W(VI)IPO, hausgemachtes |
| Wolfram (IV)-chlorid | Strem Chemicals | 74-2348 | Zur Vorbereitung von W(IV)IPO, hausgemachtes |
| Tantal (V)-isopropoxid | Alfa Aesar | 40038 | Ta(V)IPO |
| Niob (V) isopropoxid | Alfa Aesar | 36572 | Nb(V)IPO |
| Nickel (II)-methoxyethoxid | Alfa Aesar | 42377 | Ni(II)MEO |
| Titan (IV) isopropoxid | Sigma-Aldrich | 87560 | Ti(IV)IPO |
| Molybdän (V) isopropoxid | Alfa Aesar | 39159 | Mo(V)IPO |
| Molybdän (V) chlorid | Sigma-Aldrich | 208353 | Zur Herstellung von Mo(V)IPO, hausgemachtem |
| Tetraethylorthosilikat | Sigma-Aldrich | 333859 | |
| TEOS-Ammoniumhydroxid | Sigma-Aldrich | 320145 | |
| Methanol | Sigma-Aldrich | 34860 | |
| wasserfreies Isopropanol | Sigma-Aldrich | 278475 | Zur Herstellung von hausgemachten Alkoxiden |
| Ammoniumbifluorid | Sigma-Aldrich | 224820 | |
| Ruß | Cabot Corp. | Vulkan® XC72R | |
| Methan | AirGas | ME R300 | |
| Wasserstoff | AirGas | HY UHP300 | |
| Ammoniak | AirGas | AM AH80N705 | |
| Quarzrohrofen | MTI Corp. | OTF-1200X-S-UL |
Referenzen
- Oyama, S. T. The Chemistry of Transition Metal Carbides and Nitrides. , Blackie. (1996).
- 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....
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Nachdrucke und Genehmigungen
