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In diesem Artikel

  • Zusammenfassung
  • Zusammenfassung
  • Einleitung
  • Protokoll
  • Ergebnisse
  • Diskussion
  • Offenlegungen
  • Danksagungen
  • Materialien
  • Referenzen
  • Nachdrucke und Genehmigungen

Zusammenfassung

Es wird ein Syntheseverfahren zur Gewinnung poröser platinbasierter Makroröhren und Makrostrahlen mit einem quadratischen Querschnitt durch chemische Reduktion unlöslicher Salznadelschablonen vorgestellt.

Zusammenfassung

Die Synthese von porösen Edelmetall-Nanomaterialien mit hoher Oberfläche beruht in der Regel auf einer zeitaufwändigen Koaleszenz von vorgeformten Nanopartikeln, gefolgt von Spül- und überkritischen Trocknungsschritten, die oft zu mechanisch zerbrechlichen Materialien führen. Hier wird eine Methode zur Synthese nanostrukturierter poröser platinbasierter Makroröhren und Makroträger mit einem quadratischen Querschnitt aus unlöslichen Salznadelschablonen vorgestellt. Die Kombination von entgegengesetzt geladenen Platin-, Palladium- und Kupferquadrat-Planarionen führt zur schnellen Bildung unlöslicher Salznadeln. Je nach dem stoichiometrischen Verhältnis der in der Salzschablone vorhandenen Metallionen und der Wahl des chemischen Reduktionsmittels bilden sich entweder Makroröhren oder Makroträger mit einer porösen Nanostruktur, die entweder aus geschmolzenen Nanopartikeln oder Nanofibrillen besteht. Die elementare Zusammensetzung der Makroröhrchen und Makrostrahlen, bestimmt mit Röntgendiffraktometrie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie, wird durch das stoichiometrische Verhältnis der in der Salzschablone vorhandenen Metallionen gesteuert. Makroröhren und Makrostrahlen können in freistehende Folien gepresst werden, und die elektrochemisch aktive Oberfläche wird mit elektrochemischer Impedanzspektroskopie und zyklischer Voltammetrie bestimmt. Diese Synthesemethode demonstriert einen einfachen, relativ schnellen Ansatz, um platinbasierte Makroröhren und Makrostrahlen mit einer stimmbaren Nanostruktur und Elementarzusammensetzung zu erreichen, die ohne benötigte Bindungsmaterialien in freistehende Folien gepresst werden können.

Einleitung

Zahlreiche Synthesemethoden wurden entwickelt, um vor allem für Katalyseanwendungen einschließlich Brennstoffzellen1auf hoher Oberfläche poröse Platin-basierte Materialien zu erhalten. Eine Strategie, um solche Materialien zu erreichen, ist die Synthese von monodispersen Nanopartikeln in Form von Kugeln, Würfeln, Drähten und Rohren2,3,4,5. Um die diskreten Nanopartikel in eine poröse Struktur für ein funktionelles Gerät zu integrieren, sind oft polymere Bindemittel und Kohlenstoffadditive erforderlich6,7. Diese Strategie erfordert zusätzliche Verarbeitungsschritte, Zeit und kann zu einer Abnahme der massenspezifischen Leistung sowie zu einer Agglomeration von Nanopartikeln während des erweiterten Geräteeinsatzes8führen. Eine weitere Strategie ist es, die Koaleszenz synthetisierter Nanopartikel in ein Metallgel mit anschließender überkritischer Trocknung9,10,11zu treiben. Während Fortschritte im Sol-Gel-Syntheseansatz für Edelmetalle die Gelationszeit von Wochen auf bis zu Stunden oder Minuten verkürzt haben, sind die resultierenden Monolithen in der Regel mechanisch zerbrechlich und behindern deren praktischen Einsatz in Geräten12.

Platinlegierung und multimetallische 3-dimensionale poröse Nanostrukturen bieten Tunabilität für katalytische Spezifität, sowie die hohen Kosten und relative Knappheit von Platin13,14. Während es zahlreiche Berichte über Platin-Palladium15,16 und Platin-Kupfer17,18,19 diskrete Nanostrukturen, sowie andere Legierungskombinationen20gab, gab es nur wenige Synthesestrategien, um eine lösungsbasierte Technik für dreidimensionale Platinlegierungen und multimetallische Strukturen zu erreichen.

Kürzlich haben wir die Verwendung von hochkonzentrierten Salzlösungen und Reduktionsmitteln demonstriert, um schnell Gold, Palladium und Platinmetallgele21,22zu erhalten. Die hochkonzentrierten Salzlösungen und Reduktionsmittel wurden auch bei der Synthese von Biopolymer-Edelmetall-Verbundwerkstoffen mit Gelatine, Zellulose und Seide23,24,25,26eingesetzt. Unlösliche Salze stellen die höchsten Konzentrationen von Ionen dar, die reduziert werden können, und wurden von Xiao und Kollegen verwendet, um die Synthese von 2-dimensionalen Metalloxiden27,28zu demonstrieren. Wir haben die Salze und Derivate von Magnus als Formschablonen verwendet, um poröse Edelmetallmakroröhrchen und Makrostrahlen29,30,31,32zu synthetisieren.

Magnus' Salze montieren sich aus der Zugabe von entgegengesetzt geladenen quadratischen planaren Platinionen [PtCl4]2- und [Pt(NH3)4]2+ 33. In ähnlicher Weise bilden sich die Vauquelin-Salze aus der Kombination von entgegengesetzt geladenen Palladiumionen, [PdCl4]2- und [Pd(NH3)4]2+ 34. Bei Vorläufersalzkonzentrationen von 100 mM bilden die resultierenden Salzkristalle Nadeln von 10bis 100 Mikrometer Länge, mit quadratischen Breiten von ca. 100 nm bis 3 m. Während die Salzschablonen ladungsneutral sind und die Salzderivate von Magnus zwischen Ionenarten variieren, um [Cu(NH3)4]2+einzuschließen, ermöglicht die Kontrolle über die daraus resultierenden reduzierten Metallverhältnisse. Die Kombination von Ionen und die Wahl des chemischen Reduktionsmittels führen entweder zu Makroröhren oder Makrostrahlen mit einem quadratischen Querschnitt und einer porösen Nanostruktur, die entweder aus verschmolzenen Nanopartikeln oder Nanofibrillen besteht. Makroröhren und Makrostrahlen wurden ebenfalls in freistehende Folien gepresst und die elektrochemisch aktive Oberfläche mit elektrochemischer Impedanzspektroskopie und zyklischer Voltammetrie bestimmt. Der Salt-Template-Ansatz wurde verwendet, um Platin-Makroröhren29, Platin-Palladium-Makrostrahlen31zu synthetisieren und die Materialkosten zu senken und die katalytische Aktivität durch die Einbeziehung von Kupfer-, Kupfer-Platin-Makroröhren32zu optimieren. Die Salz-Templating-Methode wurde auch für Au-Pd und Au-Pd-Cu binäre und ternäre Metallmakroröhrchen und Nanoschaum30demonstriert.

Hier stellen wir eine Methode zur Synthese von Platin, Platin-Palladium und Kupfer-Platin-Bimetall-Porenmakrorohren und Makrostrahlen aus unlöslichen Magnus-Salznadelschablonen29,31,32vor. Die Kontrolle der Ionenstoichiometrie in den Salznadelschablonen ermöglicht die Kontrolle über die resultierenden Metallverhältnisse nach der chemischen Reduktion und kann mit Röntgendiffraktometrie und Röntgenphotoelektronenspektroskopie überprüft werden. Die resultierenden Makrorohre und Makrostrahlen können mit Handdruck zu einer freistehenden Folie zusammengesetzt und geformt werden. Die resultierenden Folien weisen hoch elektrochemisch aktive Oberflächen (ECSA) auf, die durch elektrochemische Impedanzspektroskopie und zyklische Voltammetrie in H2SO4 und KCl Elektrolyt bestimmt werden. Diese Methode bietet einen Syntheseweg zur Schnellen und Skalierbarkeit platinbasierter Metallzusammensetzung, Porosität und Nanostruktur, die auf eine breitere Palette von Salzschablonen verallgemeinert werden kann.

Protokoll

VORSICHT: Konsultieren Sie alle relevanten Stoffsicherheitsdatenblätter (SDS) vor der Verwendung. Verwenden Sie geeignete Sicherheitspraktiken bei der Durchführung chemischer Reaktionen, um die Verwendung einer Dunstabzugshaube und persönlicher Schutzausrüstung einzubeziehen. Schnelle Wasserstoffgasentwicklung während der elektrochemischen Reduktion kann zu hohem Druck in Reaktionsrohren führen, wodurch Kappen knallen und Lösungen aussprühen. Stellen Sie sicher, dass Reaktionsrohrkappen wie im Protokoll angegeben offen bleiben. Führen Sie alle elektrochemischen Reduktionen in einer Dunstabzugshaube durch.

1. Magnus' Salzderivate-Vorlagenvorbereitung

HINWEIS: Alle Salzschablonen sollten innerhalb weniger Stunden nach der Zubereitung chemisch reduziert werden, da eine längere Lagerung zu einem Abbau der Salzstruktur führt. Diese Methode beschreibt jedes platinbasierte Makrorohr- und Makrostrahlprodukt. Um eine zusätzliche spezifische Produktausbeute zu erzielen, führen Sie die Methode mit Replikationssätzen von Salt-Vorlagen und Reduktionsmittellösungen durch.

  1. Bereiten Sie Metallsalzlösungen vor.
    1. Fügen Sie 0,4151 g K2PtCl4 bis 10 ml entionisiertes Wasser hinzu, um eine 0,1 M (100 mM) Lösung von "Pt2-" vorzubereiten.
    2. Fügen Sie 0,3521 g Pt(NH3)4Cl2H2O bis 10 ml entionisiertes Wasser hinzu, um eine 0,1 M (100 mM) Lösung von "Pt2+"vorzubereiten.
    3. Fügen Sie 0,2942 g Na2PdCl4 bis 10 ml entionisiertes Wasser hinzu, um eine 0,1 M (100 mM) Lösung von "Pd2-" vorzubereiten.
    4. Fügen Sie 0,2458 g Cu(NH3)4SO4H2O bis 10 ml entionisiertes Wasser hinzu, um eine 0,1 M (100 mM) Lösung von "Cu2+"vorzubereiten.
    5. Kräftig schütteln und wirbeln Platin- und Kupfersalzlösungen, um die Auflösung der Salze bis zur vollständigen Auflösung zu unterstützen.
  2. Bereiten Sie Platinsalznadel-Vorlagen vor.
    1. Zur Zubereitung von Magnus' Salzen mit einem 1:1 Pt2+:P t2-Verhältnis, Pipette 0,5 ml 100 mM K2PtCl4 in ein Mikrofugenrohr. Kräftigpipetten 0,5 ml von 100 mM Pt(NH3)4Cl2H2O in das Mikrofugenrohr für insgesamt 1 ml Salznadelschablonenlösung.
      HINWEIS: Die Lösung wird eine undurchsichtige hellgrüne Farbe präsentieren. Die Verwendung von 50 mM K2PtCl4 und Pt(NH3)4Cl2H2O führt zu längeren und breiteren Salznadeln für größere Platinmakroröhrchen nach chemischer Reduktion29. Kraftvolles Pipettieren ist die Abgabe des gesamten Reagenzvolumens innerhalb von 1 s, um eine schnelle Durchmischung von Chemikalien in Mikrofugenrohren zu gewährleisten.
  3. Platin-Palladium-Salznadel-Vorlagen vorbereiten.
    HINWEIS: Salzschablone Platin-Palladium-Ionen-Verhältnisse sind als Pt2+:P d2-:P t2-bezeichnet. Die in Schritt 1.2.1 hergestellten Platinsalze. entspricht einem Verhältnis von 1:0:1.
    1. Zur Vorbereitung des Salzverhältnisses 1:1:0, Pipette 0,5 ml von 100 mM Pt(NH3)4Cl2H2O in ein Mikrofugerohr. Kräftig pipet 0,5 ml 100 mM Na2PdCl4 in das Mikrofugenrohr für insgesamt 1 ml Salznadelschablondenlösung.
    2. Zur Herstellung des Salzverhältnisses 2:1:1 Pipette 0,25 ml von 100 mM Na2PdCl4 und 0,25 ml von 100 mM von K2PtCl4 in einem Mikrofugenrohr. Wirbel das Mikrofugenrohr für 3-5 s. Dann kräftig Pipetten 0,5 ml von 100 mM Pt(NH3)4Cl2H2O in das Mikrofugenrohr für insgesamt 1 ml Salznadelschablonenlösung.
    3. Zur Vorbereitung einer 3:1:2 Salzschablonenlösung, Pipette 0,167 ml von 100 mM Na2PdCl4 und 0,333 ml von 100 mM k2PtCl4 in ein Mikrofugenrohr. Wirbel das Mikrofugenrohr für 3-5 s. Dann kräftig Pipetten 0,5 ml von 100 mM Pt(NH3)4Cl2H2O in das Mikrofugenrohr für eine Gesamt-1 ml Salznadelschablonenlösung.
      HINWEIS: Das höhere Verhältnis von Platin in den Salzschablonen sollte eine grünere Farbe ergeben, während die Erhöhung des Palladiumgehalts zu mehr orange, rosa und braune Farbe in der Lösung führt. Lösungen werden undurchsichtig aussehen.
  4. Bereiten Sie Kupfer-Platin-Salznadel-Vorlagen vor.
    HINWEIS: Salzschablone Kupfer-Platin-Ionen-Verhältnisse werden als Pt2-:P t2+:Cu2+bezeichnet. Das Verhältnis 1:1:0 entspricht den in Schritt 1.2.1 hergestellten Platinsalzen.
    1. Zur Herstellung des Salzverhältnisses 1:0:1 Pipette 0,5 ml 100 mM K2PtCl4 in ein Mikrofugenrohr. Kräftigpipetten 0,5 ml von 100 mM Cu(NH3)4SO4 XH 2O in das Mikrofugenrohr für insgesamt 1 ml Salznadelschablonenlösung.
    2. Zur Vorbereitung des Salzverhältnisses 3:1:2, Pipette 0,167 ml von 100 mM Pt(NH3)4Cl2-H2O und 0,333 ml von 100 mM Cu(NH3)4SO4 H2O in ein Mikrofugenrohr. Wirbel das Mikrofugenrohr für 3-5 s. Dann kräftig Pipette 0,5 ml von 100 mM K2PtCl4 in das Mikrofugenrohr für insgesamt 1 ml Salznadelschablondenlösung.
    3. Zur Vorbereitung des Salzverhältnisses 2:1:1, Pipette 0,25 ml von 100 mM Pt(NH3)4Cl2-H2O und 0,25 ml von 100 mM Cu(NH3)4SO4 H2O in ein Mikrofugenrohr. Wirbel das Mikrofugenrohr für 3-5 s. Dann kräftig Pipette 0,5 ml von 100 mM K2PtCl4 in das Mikrofugenrohr für insgesamt 1 ml Salznadelschablonenlösung.
    4. Zur Vorbereitung des Salzverhältnisses 1:1:0, Pipette 0,5 ml von 100 mM Pt(NH3)4Cl2H2O in ein Mikrofugerohr. Kräftig pipet 0,5 ml 100 mM K2PtCl4 in das Mikrofugenrohr für insgesamt 1 ml Salznadelschablonenlösung.
      HINWEIS: Die Kombination von Kupfer- und Platinionen bildet eine violette, trübe Lösung, die nicht so undurchsichtig ist wie die Lösungen der Schritte 1.2 und 1.3. Wenn sie Die Lösungen von Magnus' Salzen 24 Stunden oder länger lassen, werden die Schablonen abgebaut und in eine violett-graue oder schwarze Farbe geändert.
  5. Polarisiertes optisches Mikroskop (POM) Bildgebung von Salznadelschablonen
    1. Pipette 0,05 ml Salzschablonenlösungen in den Schritten 1.2 – 1.4 auf einem Glasschlitten aufbereitet und auf der Bühne eines polarisierten optischen Mikroskops montiert. Passen Sie den Fokus auf Salznadeln an und drehen Sie Querpolarisatoren, bis der Hintergrund schwarz ist.
      HINWEIS: Wenn Salzlösungen keine nadelähnlichen Strukturen mit POM-Bildgebung aufweisen, überprüfen Sie die Wasserqualität, die für die Herstellung von Salzlösung verwendet wird. Die Salznadelbildung ist empfindlich gegenüber hohem und niedrigem pH-Wert.

2. Salz-Schablonen-Chemikalienreduktion

HINWEIS: DMAB ist giftig. Vermeiden Sie das Atmen von Staub und Hautkontakt durch das Tragen von PSA und führen Sie alle damit verbundenen Aufgaben in einer Dunstabzugshaube durch.

  1. Vorbereiten von Reduktionslösungen für Agenten
    1. Fügen Sie 0,7568 g Natriumborohydrid (NaBH4) auf 200 ml entionisiertes Wasser in einem 500 ml Becher hinzu, um eine 0,1 M (100 mM) NaBH4 Lösung vorzubereiten. Lösung mit einem Spachtel rühren, bis der NaBH4 vollständig aufgelöst ist.
    2. 50 ml 0,1 M NaBH4 Lösung in ein 50 ml konisches Rohr gießen. Wiederholen Sie 3x.
    3. Fügen Sie 1,1768 g Dimethylaminboran (DMAB) zu 200 ml entionisiertem Wasser in einem 500 ml Becher hinzu, um eine 0,1 M (100 mM) DMAB-Lösung vorzubereiten.
    4. 50 ml 0,1 M DMAB-Lösung in ein 50 ml konisches Rohr gießen. Wiederholen Sie 3x.
  2. Hinzufügen von Salzen zu Reduktionsmittellösungen
    1. In einer Dunstabzugshaube das gesamte Volumen von 1 ml der Salzschablonenlösungen aus den Schritten 1.2 und 1.3 in jeweils 4 x 50 ml Konusrohre mit 0,1 M NaBH4 Reduktionsmittel pipette. Lassen Sie die chemische Reduktion für 24 h mit der Kappe aus dem Rohr fortsetzen.
    2. In einer Dunstabzugshaube das gesamte Volumen von 1 ml der Salzschablonenlösungen ab Schritt 1,4 in jeweils 4 x 50 ml Konusrohre mit 0,1 M DMAB-Reduktionsmittel pipette. Lassen Sie die elektrochemische Reduktion für 24 h mit der Kappe aus dem Rohr fortsetzen.
      HINWEIS: Bei Zugabe der 1 ml Magnus-Salze wird das Reduktionsmittel eine trübe schwarze Farbe drehen und beginnen, kräftig Wasserstoffgas zu bilden. Das Auslassen der konischen Rohrkappen verhindert die Ansammlung von Wasserstoffgasdruck und eine mögliche Explosion und das Sprühen der Lösungen. Lose Parafilm oder Folie können über die Rohre gelegt werden, wenn Staubkontamination ein Problem darstellt.
  3. Spülen reduzierter Makroröhren und Makrostrahlen
    1. Nach 24 Stunden Reduktion dekanieren Sie langsam den Überstand jeder der reduzierten 50 ml chemischen Reduktionslösungen in einen Abfallbehälter und stellen Sie sicher, dass die Proben nicht aus den Rohren gegossen werden.
    2. Gießen Sie jeden der Ausscheidungen in neue 50 ml konische Rohre. Die Verwendung eines Spachtels kann erforderlich sein, um Proben zu lösen, die an den Seitenwänden des Rohres haften. Füllen Sie jedes der neuen Rohre mit 50 ml entionisiertem Wasser und legen Sie sie auf eine Wippe mit Rohrkappen, die bei einer niedrigen Einstellung für 24 h gesichert sind.
    3. Entfernen Sie die Rohre von der Wippe und legen Sie aufrecht in einem Reagenzglas-Rack für 15 min, damit die Proben Sediment. Gießen Sie den Überstand langsam von der Oberseite der Rohrprobe in einen Abfallbehälter. Nachfüllrohr mit 50 ml entionisiertem Wasser und auf einer Wippe mit Rohrkappen für zusätzliche 24 h gesichert.
    4. Entfernen Sie Rohre von der Wippe und legen Sie aufrecht in einem Reagenzglas-Rack für 15 min. Gießen Sie den Überstand von der Oberseite der Röhre in einen Abfallbehälter.
      HINWEIS: Der Überstand wird eine klare oder graue Farbe sein und der Niederschlag wird ein schwarzer und in der Regel Sediment auf den Boden der konischen Rohre sein. Wenn das Überstehendes das reduzierte Produkt rührt und wieder aufhält, legen Sie das Rohr aufrecht in ein Rack und warten Sie etwa 15 Minuten, bevor Sie es wieder gießen. Eine kleine Menge Wasser bleibt mit dem Produkt gemischt.

3. Vorbereiten von Makrorohr- und Makrostrahlfilmen

  1. Trocknung der Proben auf Glasschlitten
    1. Pipette so viel Überstand wie möglich aus den 50 ml Rohren, ohne das Reduktionsprodukt zu entfernen.
    2. Mit einem Spachtel das Niederschlagsmaterial vorsichtig auf eine Glasrutsche übertragen. Mit einem Spachtel die Probe zu einem Stapel mit einer gleichmäßigen Höhe von ca. 0,5 mm zu konsolidieren.
      HINWEIS: Je mehr Wasser aus der 50 ml-Rohrprobe entfernt wird, bevor das reduzierte Material auf den Glasschlitten übertragen wird, desto einfacher ist die Übertragung. Dadurch verhält sich das Material eher wie eine Paste. Probenkonsolidierung und gleichmäßige Höhenhilfen in Pressfolien nach dem Trocknen.
    3. Platzieren Sie Glasschlitten mit den reduzierten Proben an einem Ort, der nicht durch Luftströmungen gestört wird. Trockenproben für 24 h bei Umgebungstemperatur.
      HINWEIS: Wenn mehr Proben für Röntgenbeugung (XRD), Rasterelektronenmikroskopie (SEM), zyklische Voltammetrie (CV) oder andere Tests benötigt werden, können mehrere reduzierte Proben desselben Salzverhältnisses auf demselben Glasschlitten zum Trocknen konsolidiert werden.
  2. Pressen von Proben und Massieren der Materialien
    1. Legen Sie eine zweite Glasrutsche auf eine Rutsche mit getrockneter Masse reduzierter Proben. Drücken Sie mit den Fingern mit großer Kraft (ca. 200 kPa) auf die Glasrutsche über dem Material, um einen dünnen Film aus Makroröhren oder Makrostrahlen zu bilden.
      HINWEIS: Das Drücken des reduzierten Materials zwischen Glasschiebern sollte zu einer freistehenden Folie führen. Gelegentlich führt das Drücken der getrockneten Masse von Makroröhren oder Makrostrahlen zu mehreren Filmfragmenten. Folien können durch Drücken mit einer Rasierklinge getrimmt werden.

4. Material- und elektrochemische Charakterisierung

  1. Rasterelektronenmikroskopie (SEM): Befestigen Sie einen dünnschichtigen oder verlierenden Pulverproben mit Carbonband auf einem SEM-Probenstummel. Verwenden Sie zunächst eine Beschleunigungsspannung von 15 kV und einen Strahlstrom von 2,7 - 5,4 pA, um die Bildgebung durchzuführen. Zoomen Sie auf einen großen Probenbereich und sammeln Sie ein energiedispersives Röntgenspektren (EDS), um die elementare Zusammensetzung zu quantifizieren.
  2. Röntgendiffraktometrie (XRD): Legen Sie die Makroröhre oder Makrostrahl-Trockenprobe in einen Probenhalter. Alternativ können Sie einen Dünnschichtprobenabschnitt, wie in Schritt 4.1, auf eine Glasrutsche legen. Führen Sie XRD-Scans für Beugungswinkel von 5° bis 90° bei 45 kV und 40 mA mit Cu Kα Strahlung (1,54060 ), einer 2-Stufen-Größe von 0,0130 ° und 20 s pro Schritt durch.
    HINWEIS: XRD kann entweder für die gepressten oder ungepressten Proben durchgeführt werden. Pulverprobenhalter erfordern in der Regel ein erhebliches Materialvolumen, und die Verwendung von gepressten Dünnschichten wird empfohlen.
  3. Röntgen-Photoelektronenmikroskopie (XPS): Verwenden Sie eine monochromierte AlK-α-Quelle mit einer Spotgröße von 100 m, einem 25-W-Röntgenstrahl und einem Abflugwinkel von 45°, einem Betriebsdruck < 6 x 10-6 Pa. Die Oberflächenladung mit einem Niederspannungs-Ar-Ionen-Strahl und einem Bariumoxid-Elektronenneutralisator neutralisieren. Stellen Sie die Analyseenergie auf 55 eV für hochauflösende Scans ein.
  4. Elektrochemische Charakterisierung
    1. Messen Sie die Masse der gepressten Filmproben, um elektrochemische Messungen um Milligramm wirkstoffer Materialien zu normalisieren.
    2. Übertragen Sie Filmproben in eine elektrochemische Durchstechflasche entweder mit einer flachen Pinzette oder durch sanftes Schieben der Folie von einer Glasrutsche auf die innere Seitenwand der Durchstechflasche. Sanfte Pipette 0,5 M H2SO4 oder 0,5 M KCl Elektrolyt über die Filmproben und 24 Stunden sitzen lassen.
    3. Verwenden Sie eine 3-Elektroden-Zelle mit einer Ag/AgCl (3 M NaCl) Referenzelektrode, einer Pt-Draht-Hilfs-/Gegenelektrode mit einem Durchmesser von 0,5 mm durchmesser und einer lackierten Platin-Arbeitselektrode mit 0,5 mm Durchmesser. Legen Sie den lackierten Draht mit einer 1 mm belichteten Spitze in Kontakt mit der Oberseite des Aerogels an der Unterseite der elektrochemischen Durchstechflasche22.
    4. Führen Sie eine elektrochemische Impedanzspektroskopie (EIS) von 1 MHz bis 1 mHz mit einer 10 mV Sinuswelle bei 0 V (vs. Ag/AgCl) durch.
    5. Führen Sie zyklische Voltammetrie (CV) mit einem Spannungsbereich von 0,2 bis 1,2 V (vs. Ag/AgCl) mit Scanraten von 0,5, 1, 5, 10, 25, 50, 75 und 100 mVs-1durch.

Ergebnisse

Die Zugabe von gegenläufig geladenen quadratischen planaren Edelmetallionen führt zu einer nahezu sofortigen Bildung von Salzkristallen mit hohem Seitenverhältnis. Das lineare Stapeln von quadratischen planaren Ionen ist schematisch in Abbildung 1dargestellt, wobei die polarisierten optischen Mikroskopiebilder Salznadeln zeigen, die 10 bis 100 Mikrometer lang sind. Für alle Platin-, Palladium- und Kupfersalzlösungen wurde eine Konzentration von 100 mM verwendet. Während die Salznadelsc...

Diskussion

Diese Synthesemethode demonstriert einen einfachen, relativ schnellen Ansatz, um platinbasierte Makroröhren und Makrostrahlen mit einer stimmbaren Nanostruktur und Elementarzusammensetzung zu erreichen, die ohne benötigte Bindungsmaterialien in freistehende Folien gepresst werden können. Die Verwendung von Magnus' Salzderivaten als nadelförmige Schablonen mit hohem Seitenverhältnis bietet die Möglichkeit, die resultierende Metallzusammensetzung durch Salzschablonjetometrie zu steuern und in Kombination mit der Wahl...

Offenlegungen

Die Autoren haben nichts zu verraten.

Danksagungen

Diese Arbeit wurde durch ein Stipendium des United States Military Academy Faculty Development Research Fund finanziert. Die Autoren sind dankbar für die Unterstützung von Dr. Christopher Haines beim U.S Army Combat Capabilities Development Command. Die Autoren danken auch Dr. Joshua Maurer für den Einsatz des FIB-SEM im CCDC-Armaments Center der US Army in Watervliet, New York.

Materialien

NameCompanyCatalog NumberComments
50 mL Conical TubesCorning Costar Corp.430290
Ag/AgCl Reference ElectrodeBASiMF-2052
Cu(NH3)4SO4Ÿ•H2OSigma-Aldrich10380-29-7
dimethylamine borane (DMAB)Sigma-Aldrich74-94-2
K2PtCl4Sigma-Aldrich10025-99-7
Miccrostop LacquerTober Chemical DivisionNA
Na2PdCl4Sigma-Aldrich13820-40-1
NaBH4Sigma-Aldrich16940-66-2
Polarized Optical MicroscopeAmScopePZ300JC
PotentiostatBiologic-USAVMP-3Electrochemical analysis-EIS, CV
Pt wire electrodeBASiMF-4130
Pt(NH3)4Cl2Ÿ•H2OSigma-Aldrich13933-31-8
Scanning Electron MicroscopeFEIHelios 600EDS performed with this SEM
Shelf RockerThermo ScientificVari-Mix™ Platform Rocker
Snap Cap Microcentrifuge Tubes, 1.7 mLCole ParmerUX-06333-60
X-ray diffractometerPanAlyticalEmpyreanX-ray diffractometry
X-ray photoelectron spectrometerULVAC PHI - Physical ElectronicsVersaProbe III

Referenzen

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