Synthese und Charakterisierung von Fe-dotierten Aluminosilikatgerüststoffe Nanoröhrchen mit Enhanced Electron leitenden Eigenschaften

Zusammenfassung

Hier stellen wir ein Protokoll zu synthetisieren und Fe-dotierte Aluminosilicat-Nanoröhrchen charakterisieren. Die Materialien werden entweder durch Sol-Gel - Synthese durch Zugabe von FeCl ₃ • 6H ₂ O zu der Mischung erhalten , die Si und Al - Vorstufen oder durch nach der Synthese Ionenaustausch von vorgeformten Aluminiumsilicat - Nanoröhrchen enthält.

Zusammenfassung

Das Ziel des Protokolls ist Fe-dotierte Aluminosilicat - Nanoröhrchen des Imogolit - Typ mit der Formel (OH) ₃ Al _2-x Fe _x O ₃ SiOH zu synthetisieren. Dotierung mit Fe soll die Bandlücke von Imogolit Absenken eines Isolators mit der chemischen Formel (OH) ₃ Al ₂ O ₃ SiOH und an seinem Adsorptionseigenschaften gegen Azofarbstoffen Modifizierung eine wichtige Klasse von organischen Schadstoffen von sowohl Abwasser und Grundwasser .

Fe-dotierten Nanoröhren werden auf zwei Arten erhalten: durch direkte Synthese, wobei FeCl ₃ zu einer wässrigen Mischung der Si und Al - Vorläufer zugesetzt wird, und durch post-Synthese Beladung, wobei vorgeformten Nanoröhren in Kontakt gebracht werden mit einer FeCl ₃ • 6H ₂ O wässriger Lösung. In beiden Synthesemethoden, isomorph Substitution von Al ³⁺ durch Fe ³⁺ auftritt, die Erhaltung der Nanoröhren - Struktur. Isomorph Substitution ist in der Tat zu einem Massenanteil begrenztvon ~ 1,0% Fe, da bei einem höheren Fe - Gehalt (dh einem Massenanteil von 1,4% Fe), Fe ₂ O ₃ Cluster bilden, insbesondere , wenn der Ladevorgang angenommen wird. Die physikalisch - chemischen Eigenschaften der Materialien werden mittels Röntgenpulverbeugung (XRD), N ₂ Sorptionsisothermen bei -196 ° C, hochauflösende Transmissionselektronenmikroskopie (HRTEM), diffuse Reflektanz (DR) UV-Vis - Spektroskopie untersucht, und ζ-Potential-Messungen. Der relevanteste Ergebnis ist die Möglichkeit , ohne Stören des empfindlichen Gleichgewichts Hydrolyse , die während nanotube Bildung Al ³⁺ -Ionen (auf der äußeren Oberfläche der Nanoröhrchen) durch post-Synthese Belastung vorgeformten Imogolit zu ersetzen. Während des Ladevorgangs, ein anionisches Austausch erfolgt, wobei Al ³⁺ -Ionen auf der äußeren Oberfläche der Nanoröhrchen durch Fe ³⁺ -Ionen ersetzt. In Fe-dotierten Aluminosilikat - Nanoröhrchen, isomorph Substitution von Al ³⁺ durch Fe ³⁺ is fand die Bandlücke von dotiertem Imogolit zu beeinflussen. Nichtsdestoweniger sind Fe ³⁺ Stellen auf der äußeren Oberfläche der Nanoröhrchen können organische Reste zu koordinieren, wie Azo-Farbstoff Acid Orange 7, durch einen Liganden-Verschiebungsmechanismus in einer wässrigen Lösung auftritt.

Einleitung

Der Begriff Nanoröhre (NT) wird allgemein mit Kohlenstoff - Nanoröhrchen ¹ zugeordnet, einer der am meisten erforschte chemische Objekte heute. Weniger bekannt ist die Tatsache , dass Aluminosilikat NTs auch ^2,3, zusätzlich synthetisiert werden können , in der Natur (vor allem in vulkanischen Böden) zu sein. Imogolit (IMO) ein hydratisiertes Alumosilikat mit der Formel (OH) ₃ Al ₂ O ₃ SiOH ^4,5, auftritt als einwandige NT mit Al (OH) Al und Al-O-Al - Gruppen auf der äußeren Oberfläche und nicht - Silanole (SiOH) auf der inneren ⁶ zusammenwirkt. Bezüglich Geometrie variiert die Länge von einig....

Protokoll

1. Synthese von 3 g IMO NTs

1. In einem trockenen Raum, bereiten eine 80 mM _HClO4 Lösung durch langsame Zugabe von 1,3 ml Perchlorsäure mit einem Massenanteil von 70% auf 187,7 ml doppelt destilliertem Wasser bei Raumtemperatur (rt). Verwenden Sie einen 2000-ml-Becher, die für aufeinanderfolgende Verdünnungen (Schritt 1.6) nützlich sein wird.
2. In einem kleineren Becher in der Trockenraum, mischen 8 ml von Aluminium-tri- sec - butoxid (97%) (ATSB, die Quelle von Aluminium) ^43,44 und 3,8 ml Tetraethylorthosilicat (98%) (TEOS; die Quelle Al von Si) im Molverhältnis: Si = 2: 1.1. Verwenden Sie Meßpipetten die Volumina der R....

Ergebnisse

IMO NTs In Bezug auf die Synthese von IMO und Fe-dotiert ist, die wichtigsten Themen sind i) die Bildung von NTs, vor allem während der Fe-Dotierung durch direkte Synthese; ii) die tatsächliche Umgebung von Fe-Spezies in den letzten Materialien; und iii) die Wirkung von Fe auf die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Materials, insbesondere die Bandlücke und die Adsorptionseigenschaften. Die Anwesenheit von Fe in der äußeren Oberfläche des NTs wird tatsächlich erwartet, dass die Wec.......

Diskussion

Um erfolgreich zu sein, muss das Protokoll berichtet sorgfältig befolgt werden, da die Bildung von NTs auf den Synthesebedingungen strikt ab. Die folgenden Schritte sind kritisch: in den Schritten 1.2 und 2.3, ein geringer Überschuß von TEOS in bezug auf das Si / Al - Stöchiometrie - Verhältnis eingesetzt werden muss (dh TEOS: ATBS = 1,1: 2). Der Überschuß an TEOS verhindert die bevorzugte Bildung von Gibbsit (Al (OH) ₃₎ und / oder Böhmit (AlOOH) -Phasen ^46,47.

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Materialien

Liste der in diesem Artikel verwendeten Materialien

Name	Unternehmen	Katalognummer	Kommentare
Perchlorsäure (70%) puriss. p.a., ACS-Reagenz, 70% (T)	Sigma Aldrich (Fluka)	77230	Giftig. Verwenden Sie einen Gesichtsschutz und einen Atemschutzfilter.
Aluminium-Tri-sec-butoxid 97%	Sigma Aldrich	201073	Haut- und Augenreizungen. Verwenden Sie Augen- und Gesichtsschutz sowie Atemschutzfilter.
Tetraethylorthosilikat (Reagenzgehalt 98%)	Sigma Aldrich	131903	Giftig. Haut- und Augenreizungen. Verwenden Sie Augen- und Gesichtsschutz sowie Atemschutzfilter.
Eisen(III)-chlorid-Hexahydrat ACS-Reagenz, 97%	Sigma Aldrich	236489	Giftig und ätzend. Verwenden Sie Augen- und Gesichtsschutz sowie Handschuhe.
Orange II Natriumsalz für die Mikroskopie (Hist.), Indikator (pH 11,0-13,0)	Sigma Aldrich (Fluka)	75370	Haut- und Augenreizungen. Verwenden Sie Handschuhe und eine Staubmaske.