Millifluidics的化学合成和时间分辨机理研究
Summary
Millifluidic设备被用于纳米材料的反应机制和连续流动催化时间分辨分析的可控合成。
Abstract
利用化学合成和时间分辨的机理研究millifluidic设备程序通过取3实施例中所述。在第一，合成的超小型铜纳米团簇进行说明。第二个示例提供的实用程序，用于通过利用原位 X射线吸收光谱仪分析金纳米粒子的形成研究化学反应的时间分辨动力学。最后一个示例演示millifluidic通道内反应涂有纳米结构催化剂的连续流动催化。
Introduction
用于化学合成上实验室芯片（LOC）设备已经证明显著优点在增加传质和传热，优于反应控制，高吞吐量和更安全的操作环境1表示。这些装置可大致分为基于芯片流体和基于nonchip流体器件。其中基于芯片的流体，微流体被充分调查和主题以及覆盖在文献2-5。 Nonchip基于LOC系统使用管式反应器6。传统上，微流体系统用于精确控制和操纵那些几何约束到亚毫米尺度的流体。我们最近推出的基于芯片的millifluidics，它可以用于操作在毫米尺度的流体通道的概念（宽度或深度或两个信道是至少在一个尺寸毫米）7-9。此外，millifluidic芯片是相对容易制造WHI的乐提供类似控制流动速率和操纵试剂。这些芯片还可以在更高的流速操作，创建更小的停留时间，从而提供了可能性，规模化纳米粒子的控制合成与较窄的粒径分布。作为一个例子，我们最近展示了超小型的铜纳米团簇合成和表征他们利用原位 X射线吸收光谱和透射电子显微镜。能力之内与使用MPEG，这是非常有效的二齿PEG化稳定剂为铜纳米团簇7的稳定胶体的形成组合millifluidic渠道获得小的停留时间。
除了化学品和纳米材料的合成中，millifluidics可以提供，由于较高的体积和浓度在探针区域，合成平台，它是更普遍的和有效的时间分辨动力学研究和也achieVES更好的信噪比比微流体系统7,10。我们展示了使用millifluidic芯片作为金的纳米结构从溶液用原位 XAS与时间分辨率小至5毫秒11的生长的时间分辨分析的例子。
此外，大多数开发日期催化应用的微反应器的基于硅12,13。除了产生少量的昂贵的制造使得它们不适合大规模生产。用于涂覆的频道与纳米催化剂的两种通用方法-化学和物理的，通常被称为硅涂覆的程序，是目前流行14,15。除了昂贵的微加工中，通道的堵塞，使微反应器催化可能不适合于大规模生产。虽然微反应器已被用于非均相催化中微连续流通过程EARLI呃16-18，控制尺寸的能力，以及在连续的流动通道的嵌入金纳米结构催化剂的形态，以前从未探讨。我们最近开发出一种技术，用于涂覆millifluidic渠道与金催化剂，具有可控的纳米形貌和尺寸（ 图5）11，用于开展的重要的工业化学反应的催化作用。作为一个例子，我们展示了转换4 – 硝基苯酚为4 – 氨基苯酚经纳米黄金millifluidic通道内涂层的催化。考虑到单millifluidic反应器芯片可以产生流率50-60毫升/小时，7高通量和化学品的控制合成是可能的无论是通过连续流动操作或并行处理。
为了把握millifluidics提供的，具有被描述为上述几个例子的可能性，我们也展示出一种用户友好millifluidic装置是便携式的，并具有所需的所有部件，如millifluidic芯片，歧管，流量控制器，泵和电连接集成。这样的millifluidic装置，如图所示图7，现在可以从该公司Millifluidica有限责任公司（ www.millifluidica.com ）。手稿还提供了使用所述手持式millifluidic设备协议，如下所述，纳米材料，反应机理和连续流动催化反应的时间分辨分析的控制合成。
Protocol
Representative Results
Discussion
-O'-甲基聚乙二醇（MW = 5000）[MPEG] – 的UCNCs由硝酸铜与硼氢化钠在聚合物封端剂O-[（3 – Mercaptopropionylamino）乙基2]的存在下进行还原反应而形成。在不同的流动速率，例如6.8毫升/小时，14.3毫升/小时，32.7毫升/小时，和51.4毫升/小时，研究了在形成于UCNCs流率的效果millifluidic芯片反应器内进行反应。各自的停留时间为上述流率是47.49，24.44，16.56和9.02秒。在所有这些流动速率所得到的胶体铜团簇是…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
这项研究工作是支持作为中心原子级催化剂设计，由美国能源部，科学，基础能源科学根据奖号码DE-SC0001058办公室办公室资助的能源前沿研究中心的一部分，也支持董事会根据补助奖励数量LEQSF（2009-14）EFRC-match和LEDSF – 每股收益（2012）-OPT-IN-15摄政。 MRCAT业务由能源部和MRCAT成员机构的支持。采用先进光子源在ANL是由美国能源部，科学，基础能源科学办公室的办公室，合同号DE-AC02-06CH11357支持。对于JTM财政支持作为研究所的凌动高效化学转换（IACT），由美国能源署资助的能源前沿研究中心，科技处，基础能源科学办公室的一部分。
Materials
| Copper (II) nitrate hydrate | Sigma-Aldrich | 13778-31-9 | 99.999% pure |
| O-[2-(3-mercaptopropionylamino)ethyl]-O′-methylpolyethylene glycol | Sigma-Aldrich | 401916-61-8 | MW=5,000 |
| HAuCl4.3H2O (Chloroauric acid) | Sigma-Aldrich | 27988-77-8 | 99.999% pure |
| meso-2,3-dimercaptosuccinic acid (DMSA) | Sigma-Aldrich | 304-55-2 | ~98% pure |
| 4-Nitrophenol | Sigma-Aldrich | 100-02-7 | spectrophotometric grade |
| 4-Aminophenol | Sigma-Aldrich | 123-30-8 | >99% pure (HPLC grade) |
| Sodium borohydride | Sigma-Aldrich | 16940-66-2 | 98% pure |
| Sodium hydroxide pellets | Sigma-Aldrich | 1310-73-2 | 99.99% pure |
| [header] | |||
| EQUIPMENT | |||
| Millifluidic Chips | Microplumbers Microsciences LLC | SDC-01 | Made from polyester terephthalate polymer |
| Pressure Pump | Mitos P-Pump, Dolomite | 3200016 | |
| Automated Syringe Pump | Cetoni Automation and Microsystems, GmbH | Syringe pump neMESYS | |
| UV-3600 UV-VIS-NIR Spectrophotometer | Shimadzu | ||
| Hand-held Millifluidic Device | Millifluidica | SCMD-1008 | Figure 7 |
Referências
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