Une méthode de synthèse rapide Au, Pd et Pt aérogels par réduction directe axée sur la Solution

Summary

On présente une méthode de synthèse de la réduction axée sur la solution rapide et directe pour obtenir les aérogels Au, Pt et Pd.

Abstract

Ici, on présente une méthode pour synthétiser, or, palladium et platine aérogels via une réduction axée sur la solution rapide et directe. La combinaison de différents ions de métal noble précurseur avec les agents réducteurs dans un résultats de ratio 1:1 (v/v) dans la formation de gels métalliques quelques secondes à minutes par rapport à beaucoup plus longs synthèse pour d’autres techniques telles que sol-gel. Effectuer l’étape de réduction dans une micro-centrifugeuse tube ou conique tube de petit volume facilite une proposée de nucléation, croissance, densification, fusion, modèle d’équilibration pour la formation de gel, gel final géométrie plus petit que le volume de la réaction initiale. Cette méthode tire parti de l’évolution du gaz hydrogène vigoureux comme un sous-produit de l’étape de réduction et par suite de la concentration du réactif. La solvant surface spécifique accessible est déterminée à la fois spectroscopie d’impédance électrochimique et la voltampérométrie cyclique. Après rinçage et séchage de gel, la structure résultante d’aérogel est examinée avec l’adsorption de gaz azote, diffractométrie de rayons x et microscopie électronique à balayage. Les techniques de caractérisation et procédé de synthèse entraîner une étroite correspondance des tailles de ligament de l’aérogel. Cette méthode de synthèse d’aérogels de métal noble illustre cette haute surface spécifique monolithes peuvent être réalisés avec une approche de réduction rapide et directe.

Introduction

Une large gamme de stockage d’énergie et de conversion, catalyse et applications de capteurs bénéficier des nanostructures métalliques en trois dimensions qui permettent de contrôler de réactivité chimique et de transport de masse propriétés^{1,2, 3,4,5}. Ces nanostructures métalliques 3-dimensional davantage améliorer la conductivité, ductilité, malléabilité et^8,9. Intégration de dispositifs nécessite que le matériel être autoportantes ou combiné avec documentation à l’appui. Incorporation des nanomatériaux sur les structures de soutènement fournit un moyen de réduire au minimum la matière active, mais peut souffrir de faible adsorption et agglomération éventuelle entre le dispositif opération^10,11.

Bien qu’il existe une variété de méthodes de synthèse pour contrôler la forme et la taille de la NANOPARTICULE individuels, quelques approches activent le contrôle sur les nanomatériaux 3-dimensional contigus^12,13,14. Métal noble nanostructures 3 dimensions ont été formés par le biais de dithiol linkage de nanoparticules monodisperses, formation de sol-gel, nanoparticules coalescence, matériaux composites, nanosphere chaînes et biotemplating^{15,16 , 17 , 18}. plusieurs de ces approches exigent fois synthèse sur l’ordre de quelques jours ou semaines pour produire les matériaux souhaités. Métal noble nanofoams synthétisés à partir de la réduction directe de solutions salines de précurseurs ont été préparés avec une échelle de temps de synthèse plus rapide et avec ordre à courte distance de plusieurs centaines de micromètres de longueur, mais ont besoin pressant pour l’intégration de dispositif mécaniques ^{19 , 20}.

Pour la première fois par Kistler, aérogels fournissent une voie de synthèse pour réaliser des structures poreuses avec grande surfaces spécifiques qui sont des ordres de grandeur moins denses que leur gros matériels homologues^21,22,23 . Extension 3-dimensional structures à l’échelle macroscopique des matériaux en vrac offre un avantage par rapport à des agrégats de nanoparticules ou nanofoams qui nécessitent des documents de soutien ou de traitement mécanique. Tandis que les aérogels fournissent une voie de synthèse pour contrôler la porosité et la taille des particules caractéristique, cependant, prorogé synthèse fois et dans certains cas, l’utilisation du plafonnement des agents ou des molécules d’éditeur de liens, étapes et le temps de traitement global des augmentations.

Ici on présente une méthode pour synthétiser, or, palladium et platine aérogels via une réduction axée sur la solution rapide et directe²⁴. Combinant les différents ions de métal noble précurseur avec les agents réducteurs dans un 1:1 (v/v) ratio entraîne la formation de gels de métal dans les secondes à minutes par rapport à beaucoup plus longs synthèse pour d’autres techniques telles que sol-gel. L’utilisation d’un tube de microcentrifuge ou conique tube de petit volume tire parti de l’évolution du gaz hydrogène vigoureux comme un sous-produit de l’étape de réduction facilitant une proposée de nucléation, croissance, densification, fusion, modèle d’équilibration pour la formation de gel. Une corrélation étroite en aérogel nanostructure tailles de fonctionnalité est déterminée avec un balayage, analyse d’images de microscopie électronique, diffraction des rayons x, adsorption de gaz azote, spectroscopie d’impédance électrochimique et voltampérométrie cyclique. La solvant surface spécifique accessible est déterminée à la fois spectroscopie d’impédance électrochimique et la voltampérométrie cyclique. Cette méthode de synthèse d’aérogels de métal noble illustre cette haute surface spécifique monolithes peuvent être réalisés avec une approche de réduction rapide et directe.

Protocol

Mise en garde : Consulter toutes les fiches de données de sécurité (SDS) avant utilisation. Utiliser des pratiques de sécurité qui s’imposent lors de réactions chimiques, afin d’inclure l’utilisation d’une hotte aspirante et équipement de protection individuelle. Dégagement de gaz d’hydrogène rapide peut provoquer haute pression dans les tubes de réaction provoquant des casquettes à la pop et solutions à pulvériser. Veiller à ce que les bouchons des réaction restent ouverts tel que spécifié da…

Representative Results

L’ajout de métalliques solutions ioniques et agent réducteur ensemble entraîne des solutions tournant immédiatement une couleur noire foncé avec évolution de gaz vigoureux. Observation de la progression de la réaction suggère le mécanisme de formation de gel proposé illustré à la Figure 1. Formation de gel passe par cinq étapes du 1) nanoparticules nucléation, croissance 2), 3) densification, 4) fusion et équilibration 5). Les quatre premièr…

Discussion

La méthode de synthèse d’aérogel métal noble présenté ici résultats dans la formation rapide de monolithes poreux, de grande superficie qui sont comparables à des techniques de synthèse plus lents. La solution d’ion métallique de 1:1 (v/v) d’agent réducteur rapport de solution est essentielle pour faciliter le modèle de formation de gel proposé. Le dégagement de gaz d’hydrogène rapide comme un sous-produit de la réduction électrochimique des ions métalliques sert comme agent réducteur secondair…

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