असुरक्षित प्लेटिनम आधारित मैक्रोबीम और मैक्रोट्यूब के लिए एक नमक-टेम्पलेट संश्लेषण विधि
Summary
अघुलनशील नमक-सुई टेम्पलेट्स की रासायनिक कमी के माध्यम से एक वर्ग क्रॉस सेक्शन के साथ असुरक्षित प्लेटिनम आधारित मैक्रोट्यूब और मैक्रोबीम प्राप्त करने के लिए एक संश्लेषण विधि प्रस्तुत की जाती है।
Abstract
उच्च सतह क्षेत्र असुरक्षित नोबल धातु नैनोमैटेरियल्स का संश्लेषण आम तौर पर पूर्व-गठित नैनोकणों के समय लेने वाले समोसे पर निर्भर करता है, जिसके बाद रिनसिंग और सुपर क्रिटिकल सुखाने के कदम होते हैं, जिसके परिणामस्वरूप अक्सर यांत्रिक रूप से नाजुक सामग्री होती है। यहां, अघुलनशील नमक सुई टेम्पलेट्स से एक वर्ग क्रॉस सेक्शन के साथ नैनोस्ट्रक्चर्ड असुरक्षित प्लेटिनम आधारित मैक्रोट्यूब और मैक्रोबीम को संश्लेषित करने की एक विधि प्रस्तुत की गई है। विपरीत आवेशित प्लेटिनम, पैलेडियम और कॉपर स्क्वायर प्लेनर आयनों के संयोजन के परिणामस्वरूप अघुलनशील नमक सुइयों का तेजी से गठन होता है। नमक-टेम्पलेट में मौजूद धातु आयनों के स्टोइचिओमेट्रिक अनुपात और रासायनिक कम करने वाले एजेंट की पसंद के आधार पर, या तो मैक्रोट्यूब या मैक्रोबीम एक छिद्रित नैनोस्ट्रक्चर के साथ बनाते हैं जिसमें या तो फ्यूज्ड नैनोकण या नैनोफिब्रिल्स होते हैं। एक्स-रे विफ्रैक्टोमेट्री और एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ निर्धारित मैक्रोट्यूब और मैक्रोबीम की मौलिक संरचना, नमक-टेम्पलेट में मौजूद धातु आयनों के स्टोइचियोमेट्रिक अनुपात द्वारा नियंत्रित होती है। मैक्रोट्यूब और मैक्रोबीम को मुफ्त खड़ी फिल्मों में दबाया जा सकता है, और इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से सक्रिय सतह क्षेत्र इलेक्ट्रोकेमिकल बाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी और चक्रीय वोल्टैमेट्री के साथ निर्धारित किया जाता है। यह संश्लेषण विधि उच्च सतह क्षेत्र प्लेटिनम आधारित मैक्रोट्यूब और मैक्रोबीम को प्राप्त करने के लिए एक सरल, अपेक्षाकृत तेज दृष्टिकोण को दर्शाती है जिसमें ट्यूनेबल नैनोस्ट्रक्चर और मौलिक संरचना है जिसे बिना किसी आवश्यक बाध्यकारी सामग्री के मुक्त-खड़े फिल्मों में दबाया जा सकता है।
Introduction
उच्च सतह क्षेत्र, असुरक्षित प्लेटिनम-आधारित सामग्री को प्राप्त करने के लिए कई संश्लेषण विधियां विकसित की गई हैं, मुख्य रूप से ईंधन कोशिकाओं सहित उत्प्रेरक अनुप्रयोगों के लिए1। ऐसी सामग्रियों को प्राप्त करने के लिए एक रणनीति यह है कि एकाविषयकों को गोले, क्यूब्स, तारोंऔर ट्यूबों2,3,4, 5के रूप में संश्लेषित कियाजाए। एक कार्यात्मक उपकरण के लिए असतत नैनोकणों को एक छिद्रपूर्ण संरचना में एकीकृत करने के लिए, पॉलीमेरिक बाइंडर्स और कार्बन एडिटिव्स की अक्सर आवश्यकता होती है6,7। इस रणनीति के लिए अतिरिक्त प्रसंस्करण चरणों, समय की आवश्यकता होती है, और बड़े पैमाने पर विशिष्ट प्रदर्शन में कमी आ सकती है, साथ ही विस्तारित डिवाइस उपयोग 8 केदौराननैनोकणों का समूह भी हो सकता है। एक अन्य रणनीति संश्लेषित नैनोकणों के सानेदार को धातु के जैल में चलाना हैजिसमेंबाद में सुपर क्रिटिकल सुखाने9,10,11. जबकि महान धातुओं के लिए सोल-जेल संश्लेषण दृष्टिकोण में प्रगति ने हफ्तों से घंटों या मिनटों के रूप में तेजी से जेलेशन समय कम कर दिया है, जिसके परिणामस्वरूप मोनोलिथ उपकरणों में उनके व्यावहारिक उपयोग में यांत्रिक रूप से नाजुक हो जाते हैं12।
प्लेटिनम-मिश्र धातु और बहु-धातु 3-आयामी छिद्रपूर्ण नैनोस्ट्रक्चर उत्प्रेरक विशिष्टता के लिए ट्यूनिबिलिटी प्रदान करते हैं, साथ ही प्लेटिनम13, 14की उच्च लागत और सापेक्ष कमी को संबोधित करते हैं। जबकि प्लेटिनम-पैलेडियम15, 16 और प्लेटिनम-कॉपर17, 18,19 असतत नैनोस्ट्रक्चर, साथ ही अन्य मिश्र धातु संयोजन20की कई रिपोर्टें रही हैं, 3-आयामी प्लेटिनम मिश्र धातु और बहु-धातु संरचनाओं के लिए समाधान आधारित तकनीक प्राप्त करने के लिए कुछ संश्लेषण रणनीतियां रही हैं।
हाल ही में हमने उच्च एकाग्रता नमक समाधानों के उपयोग का प्रदर्शन किया और एजेंटों को तेजी से सोने, पैलेडियम और प्लेटिनम धातु जैल21, 22को प्राप्त करने के लिए कम किया। उच्च एकाग्रता वाले नमक समाधानों और कम करने वाले एजेंटों का उपयोग जिलेटिन, सेल्यूलोज और रेशम23, 24, 25, 26का उपयोग करके बायोपॉलिमर नोबल धातु कंपोजिट को संश्लेषित करने में भी कियाजाताथा। अघुलनशील लवण कम होने के लिए उपलब्ध आयनों की उच्चतम सांद्रता का प्रतिनिधित्व करते हैं और जिओ और सहयोगियों द्वारा 2-आयामी धातु ऑक्साइड27, 28के संश्लेषण को प्रदर्शित करने के लिए उपयोग किएजातेथे। उच्च एकाग्रता नमक समाधानों से असुरक्षित महान धातु एयरोगेल्स और कंपोजिट के प्रदर्शन पर विस्तार, और अघुलनशील लवण के उपलब्ध आयनों के उच्च घनत्व का लाभ उठाते हुए, हमने असुरक्षित नोबल धातु मैक्रोट्यूबऔर मैक्रोबीम29,30, 31, 32को संश्लेषित करने के लिए मैग्नस के लवण और डेरिवेटिव को आकार टेम्पलेट्स के रूप में इस्तेमाल किया।
मैग्नस के लवण विपरीत आवेशित स्क्वायर प्लेनर प्लेटिनम आयनों [पीटीसीएल4]2- और [पीटी (एनएच3) 4]2 + 33के अलावा से इकट्ठा होतेहैं। इसी तरह, विपरीत आवेशित पैलेडियम आयनों के संयोजन से वैक्वेलिन का लवण रूप है, [पीडीसीएल4]2- और [पीडी (एनएच3)4]2 + 34। 100 m M M के अग्रदूत नमक सांद्रता के साथ, जिसके परिणामस्वरूप नमक क्रिस्टल 10 s से 100 s माइक्रोमीटर लंबे होते हैं, वर्ग चौड़ाई लगभग 100 एनएम से 3 माइक्रोन के साथ। जबकि नमक-टेम्पलेट्स चार्ज तटस्थ हैं, आयन प्रजातियों के बीच मैग्नस के नमक डेरिवेटिव स्टोइचिओमेट्री को अलग-अलग करते हैं, जिसमें [सीयू (एनएच3)4]2 +शामिल हैं, जिसके परिणामस्वरूप कम धातु अनुपात पर नियंत्रण की अनुमति देता है। आयनों का संयोजन, और रासायनिक कम करने वाले एजेंट का विकल्प, या तो मैक्रोट्यूब या मैक्रोबीम में एक वर्ग क्रॉस सेक्शन और एक छिद्रपूर्ण नैनोस्ट्रक्चर के परिणामस्वरूप या तो जुड़े नैनोकण या नैनोफिब्रिल्स शामिल होते हैं। मैक्रोट्यूब और मैक्रोबीम को भी मुफ्त खड़ी फिल्मों में दबाया गया था, और इलेक्ट्रोकेमिकल रूप से सक्रिय सतह क्षेत्र इलेक्ट्रोकेमिकल बाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी और चक्रीय वोल्टैमेट्री के साथ निर्धारित किया गया था। नमक-टेम्पलेट दृष्टिकोण का उपयोग प्लेटिनम मैक्रोट्यूब29,प्लेटिनम-पैलेडियम मैक्रोबीम31को संश्लेषित करने के लिए किया गया था, और तांबे, तांबा-प्लेटिनम मैक्रोट्यूब32को शामिल करके सामग्री की लागत को कम करने और उत्प्रेरक गतिविधि को ट्यून करने के प्रयास में। एयू-पीडी और एयू-पीडी-सीयू बाइनरी और टर्नरी मेटल मैक्रोट्यूब और नैनोफोम्स30के लिए भी नमक-टेम्पलिंग विधि का प्रदर्शन किया गया ।
यहां, हम प्लैटिनम, प्लेटिनम-पैलेडियम, और कॉपर-प्लेटिनम द्वि-धातु छिद्रित मैक्रोट्यूब और मैक्रोबीम को अघुलनशील मैग्नस के नमक सुई टेम्पलेट्स29,31,32से संश्लेषित करने के लिए एक विधि प्रस्तुत करते हैं। नमक सुई टेम्पलेट्स में आयन स्टोइचिओमेट्री का नियंत्रण रासायनिक कमी के बाद परिणामी धातु अनुपात पर नियंत्रण प्रदान करता है और एक्स-रे विफ्रैक्टोमेट्री और एक्स-रे फोटोइलेक्ट्रॉन स्पेक्ट्रोस्कोपी के साथ सत्यापित किया जा सकता है। जिसके परिणामस्वरूप मैक्रोट्यूब और मैक्रोबीम को इकट्ठा किया जा सकता है और हाथ के दबाव के साथ एक मुक्त खड़े फिल्म में बनाया जा सकता है। परिणामस्वरूप फिल्में एच2एसओ4 और केसीएल इलेक्ट्रोलाइट में इलेक्ट्रोकेमिकल बाधा स्पेक्ट्रोस्कोपी और चक्रीय वोल्टैममेट्री द्वारा निर्धारित उच्च इलेक्ट्रोकेमिक रूप से सक्रिय सतह क्षेत्रों (ईसीएसए) का प्रदर्शन करते हैं। यह विधि प्लैटिनम-आधारित धातु संरचना, छिद्रता और नैनोस्ट्रक्चर को तेजी से और स्केलेबल तरीके से नियंत्रित करने के लिए एक संश्लेषण मार्ग प्रदान करती है जो नमक-टेम्पलेट्स की एक व्यापक श्रृंखला के लिए सामान्य हो सकती है।
Protocol
Representative Results
Discussion
यह संश्लेषण विधि उच्च सतह क्षेत्र प्लेटिनम आधारित मैक्रोट्यूब और मैक्रोबीम को प्राप्त करने के लिए एक सरल, अपेक्षाकृत तेज दृष्टिकोण को दर्शाती है जिसमें ट्यूनेबल नैनोस्ट्रक्चर और मौलिक संरचना है जि?…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
यह काम एक संयुक्त राज्य अमेरिका सैन्य अकादमी संकाय विकास अनुसंधान कोष अनुदान द्वारा वित्त पोषित किया गया था । लेखक अमेरिकी सेना युद्ध क्षमताओं के विकास कमान में डॉ क्रिस्टोफर हेन्स की सहायता के लिए आभारी हैं । लेखक न्यूयॉर्क के वाटरविलिएट में अमेरिकी सेना सीसीडीसी-आर्मामेंट्स सेंटर में एफआईबी-एसईएम के इस्तेमाल के लिए डॉ जोशुआ मौरर को भी धन्यवाद देना चाहेंगे ।
Materials
| 50 mL Conical Tubes | Corning Costar Corp. | 430290 | |
| Ag/AgCl Reference Electrode | BASi | MF-2052 | |
| Cu(NH3)4SO4Ÿ•H2O | Sigma-Aldrich | 10380-29-7 | |
| dimethylamine borane (DMAB) | Sigma-Aldrich | 74-94-2 | |
| K2PtCl4 | Sigma-Aldrich | 10025-99-7 | |
| Miccrostop Lacquer | Tober Chemical Division | NA | |
| Na2PdCl4 | Sigma-Aldrich | 13820-40-1 | |
| NaBH4 | Sigma-Aldrich | 16940-66-2 | |
| Polarized Optical Microscope | AmScope | PZ300JC | |
| Potentiostat | Biologic-USA | VMP-3 | Electrochemical analysis-EIS, CV |
| Pt wire electrode | BASi | MF-4130 | |
| Pt(NH3)4Cl2Ÿ•H2O | Sigma-Aldrich | 13933-31-8 | |
| Scanning Electron Microscope | FEI | Helios 600 | EDS performed with this SEM |
| Shelf Rocker | Thermo Scientific | Vari-Mix™ Platform Rocker | |
| Snap Cap Microcentrifuge Tubes, 1.7 mL | Cole Parmer | UX-06333-60 | |
| X-ray diffractometer | PanAlytical | Empyrean | X-ray diffractometry |
| X-ray photoelectron spectrometer | ULVAC PHI – Physical Electronics | VersaProbe III |
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