Um método de síntese rápida para Au, Pd e Pt Aerogels através de redução direta baseada em solução
Summary
Um método de síntese de redução de baseados em solução rápida e directa para obter aerogels Au, Pd e Pt é apresentado.
Abstract
Aqui, apresenta-se um método para sintetizar ouro, paládio e platina aerogels através de uma redução com base em solução rápida, direta. A combinação de vários íons de metal nobre de precursor com agentes de redução em um resultados de proporção 1:1 (v/v) na formação de géis de metal dentro de segundos a minutos em comparação com muito mais vezes de síntese para outras técnicas, como o sol-gel. Realizar a etapa de redução numa microcentrifuga tubo ou tubo cónico de pequeno volume facilita uma proposta de nucleação, crescimento, densificação, fusão, modelo de equilíbrio para a formação de gel, com gel de final geometria menor do que o volume de reação inicial. Este método aproveita a evolução de gás hidrogênio vigoroso como um subproduto da etapa de redução e como consequência de concentrações de reagente. O solvente acessível superfície específica é determinada com espectroscopia de impedância electroquímica e voltametria cíclica. Após enxaguar e liofilização, a estrutura resultante de aerogel é examinada com varredura, microscopia eletrônica de varredura, difratometria de raios-x e adsorção de gás nitrogênio. As técnicas de método e caracterização de síntese resultam em uma estreita correspondência de tamanhos de ligamento de aerogel. Esse método de síntese para metal nobre aerogels demonstra essa alta área de superfície específica monólitos podem ser alcançados com uma abordagem de redução rápida e direta.
Introduction
Uma ampla gama de conversão e armazenamento de energia, catálise e aplicações do sensor beneficiar de nanoestruturas metálicas tridimensionais que fornecem controle sobre reatividade química e transporte de massa propriedades1,2, 3,4,5. Tais nanoestruturas metálicas 3-dimensional mais aumentar a condutividade, ductilidade, maleabilidade e força8,9. Integração com dispositivos exige que os materiais ser independente ou combinada com materiais de apoio. Incorporação de nanomateriais em estruturas de apoio fornece um meio de minimizar o material ativo, mas pode sofrer de adsorção fraca e eventual aglomeração durante operação de dispositivo10,11.
Enquanto há uma variedade de métodos de síntese para controlar a forma e tamanho de nanopartículas individuais, algumas abordagens permitem controle sobre nanomateriais 3-dimensional contíguo12,13,14. 3-dimensional nanoestruturas de metais nobres foram formadas através de enlace de dithiol de nanopartículas monodisperso, formação de sol-gel, coalescência de nanopartículas, materiais compósitos, nanosphere correntes e biotemplating de15,16 , 17 , 18. muitas dessas abordagens exigem tempos de síntese na ordem de dias ou semanas para produzir os materiais desejados. Metal nobre nanofoams sintetizados a partir da redução direta de soluções de sal precursor foram preparadas com um calendário de síntese mais rápido e com ordem de curto alcance de centenas de micrômetros de comprimento, mas exigem mecânicos pressionando para a integração do dispositivo 19 , 20.
Primeiro relatado por Kistler, aerogels fornecer uma rota de síntese para atingir estruturas porosas com áreas de superfície específicas alta que são ordens de magnitude menos densas do que seu volume material homólogos21,22,23 . Estender-se estruturas 3-dimensional para a escala de comprimento macroscópico de materiais a granel oferece uma vantagem sobre nanopartículas agregados ou nanofoams que exigem materiais de apoio ou processamento mecânico. Enquanto aerogels fornecer uma rota de síntese para controlar a porosidade e tamanho das partículas característica, no entanto, estendidos vezes de síntese e em alguns casos, o uso de tampar agentes ou moléculas de vinculador, aumento geral de passos e tempo de processamento.
Aqui um método para sintetizar ouro, paládio e platina aerogels através de uma redução rápida e directa baseados em solução é apresentado24. Combinando vários íons de metal nobre de precursor com agentes de redução em 1:1 resultados de relação (v/v) na formação de géis de metal dentro de segundos a minutos em comparação com muito mais vezes de síntese para outras técnicas, como o sol-gel. O uso de um tubo de microcentrifugadora ou tubo cónico de pequeno volume aproveita a evolução de gás hidrogênio vigoroso como um subproduto da etapa de redução, facilitando um proposta de nucleação, crescimento, densificação, fusão, modelo de equilíbrio para a formação de gel. Uma correlação estreita em tamanhos de recurso nanostructure aerogel é determinada com varredura de análise de imagem de microscopia eletrônica de varredura, difratometria raio-x, adsorção de gás nitrogênio, espectroscopia de impedância electroquímica e voltametria cíclica. O solvente acessível superfície específica é determinada com espectroscopia de impedância electroquímica e voltametria cíclica. Esse método de síntese para metal nobre aerogels demonstra essa alta área de superfície específica monólitos podem ser alcançados com uma abordagem de redução rápida e direta.
Protocol
Representative Results
Discussion
O método de síntese de aerogel de metal nobre aqui apresentados resultados na formação rápida de monólitos porosos, de alta área de superfície que são comparáveis às técnicas de síntese mais lentas. A solução do íon metálico de 1:1 (v/v) à relação de solução de agente redutor é fundamental para facilitar o modelo de formação de gel de proposta. A evolução de gás hidrogênio rápida como um subproduto da redução eletroquímica de íons do metal serve como um agente redutor secundário e facil…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Os autores agradecem a Stephen Steiner em tecnologias de Aerogel para sua inspiração e conhecimentos técnicos e a Dr. Deryn Chu no exército Research Laboratory-sensores e direcção de dispositivos do elétron, Dr. Christopher Haines para a pesquisa de armamento, Desenvolvimento e Engenharia Centro, E.U. Exército RDECOM-ARDEC e Dr. Stephen Bartolucci nos E.U. Exército Benet laboratórios por sua assistência. Este trabalho foi apoiado por uma concessão do fundo de pesquisa da faculdade de desenvolvimento da academia militar dos Estados Unidos, West Point.
Materials
| HAuCl4Ÿ•3H2O | Sigma-Aldrich | 16961-25-4 | |
| Na2PdCl4 | Sigma-Aldrich | 13820-40-1 | |
| K2PtCl6 | Sigma-Aldrich | 16921-30-5 | |
| Pd(NH3)4Cl2 | Sigma-Aldrich | 13933-31-8 | |
| K2PtCl4 | Sigma-Aldrich | 10025-99-7 | |
| Pt(NH3)4Cl2Ÿ•H2O | Sigma-Aldrich | 13933-31-8 | |
| dimethylamine borane (DMAB) | Sigma-Aldrich | 74-94-2 | |
| NaBH4 | Sigma-Aldrich | 16940-66-2 | |
| NaH2PO2Ÿ•H2O | Sigma-Aldrich | 10039-56-2 | |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 792780 | |
| Snap Cap Microcentrifuge Tubes, 2.0 mL | Cole Parmer | UX-06333-70 | |
| Snap Cap Microcentrifuge Tubes, 1.7 mL | Cole Parmer | UX-06333-60 | |
| Conical Centrifuge Tubes 15mL | Stellar Scientific | T15-101 | |
| Ag/AgCl Reference Electrode | BASi | MF-2052 | |
| Pt wire electrode | BASi | MF-4130 | |
| Miccrostop Lacquer | Tober Chemical Division | NA | |
| Potentiostat | Biologic-USA | VMP-3 | Electrochemical analysis-EIS, CV |
| Freeze Dryer | Labconco | Freezone 2.5 Liter | Aerogel freeze drying |
| XRD | PanAlytical | Empyrean | X-ray diffractometry |
| Surface and Pore Analyzer | Quantachrome | NOVA 4000e | Nitrogen gas adsorption |
| ImageJ, Image analysis software | National Institute of Health | NA | SEM image analysis |
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