Diese Forschung wurde durch das Amt für Basic Energy Sciences, Division of Chemical Sciences, Geowissenschaften und Biowissenschaften der US-Department of Energy (DOE) finanziert. GEJ dankt für die Unterstützung aus dem Linus Pauling Fellowship und dem Laboratory Directed Forschung und Entwicklungsprogramm im Pacific Northwest National Laboratory (PNNL). Diese Arbeit wurde mit EMSL, einen nationalen wissenschaftlichen Nutzereinrichtung von der Abteilung für Biologische und Amt für Umweltforschung Energy gesponsert und bei PNNL entfernt. PNNL wird durch Battelle für das US-Energieministerium betrieben.

1. Vorbereitung der COOH-SAM Oberflächen auf Gold für Soft-Landing der Messe-Ionen ausgewählt <ol><li> Erhalten flachen Goldsubstrate auf Silizium (Si) oder Glimmer Trägermaterialien. Alternativ herzustellen Goldfilmen auf Si-oder Glimmeroberflächen nach den in der Literatur beschriebenen Verfahren, 118,119. Hinweis: Verwenden Sie Oberflächen, die den folgenden Spezifikationen: 1 cm 2 oder kreisförmigen und 5 mm im Durchmesser, 525 um dicke Si-Schicht, 50 Å dicke Ti-Haftschicht, 1.000 Å Au-Schicht. </li><li> Legen Sie frische Gold-auf-Silizium-Oberflächen in Glas Szintillationsgefäße und tauchen in reinem (nicht denaturiert) Ethanol. </li><li> Zeigen Szintillationsgefäße haltigen Goldoberflächen in Ethanol eingetaucht in einen Ultraschallreiniger waschen und für 20 min auf jeder Oberfläche Ablagerungen zu entfernen. Hinweis: Nicht mit Ultraschall Gold waschen auf Glimmeroberflächen, da dies die Goldfolie von der Glimmer Trägermaterial zu lösen. </li><li> Entfernen gewaschene Gold-Oberflächen von Röhrchen und trocken mit einem Strom vonreines N 2, um die Bildung von restlichen Flecken aus dem Ethanol zu verhindern. </li><li> Legen Sie die getrockneten Goldoberflächen nach oben in einem ultravioletten (UV) sauberer und bestrahlen für 20 min, um die Oberflächen organischen Substanz zu entfernen. </li><li> In Glas Szintillationsgefäße, bereiten 5 ml 1 mM Lösungen der 16-Mercaptohexadecansäure (COOH-SAM) in nicht-denaturierten Ethanol. </li><li> Hinzufügen Salzsäure bis zu einer Endkonzentration von 1% HCl in Ethanol zu Protonierung der Carbonsäuregruppen der Moleküle sicherzustellen. </li><li> Platzieren der gewaschen, getrocknet und UV-gereinigte Goldoberflächen nach oben in die COOH-SAM-Lösungen gewährleisten, dass die gesamte Goldoberfläche ist vollständig in jede Ampulle eingetaucht. Lassen Sie die Monoschichten auf Gold für mindestens 24 Stunden in der Dunkelheit versammeln (in Folie wickeln Fläschchen). </li><li> Entfernen Sie die Oberflächen von den COOH-SAM-Lösungen und in neue Szintillationsgefäße mit 5 ml 1% HCl in Ethanol. Ultraschall waschen die SAM-Oberflächen für 5 min auf keine physisorbierte Moleküle fr entfernenom die Mono Oberfläche. </li><li> Entfernen Sie die gereinigten Oberflächen aus den Fläschchen und spülen mit mehreren 1 ml Aliquots von 1% HCl in Ethanol. Trocknen Sie die COOH-SAM-Oberflächen unter einem Strom von N 2. </li><li> Mit sauberen Metallzange und Handschuhen legen Sie eine SAM-Oberfläche auf eine der drei Metallhalterungen, die Probe mit jedem Instrument weiche Landung kümmert sich nicht um die Front nach Goldoberfläche in den Prozess berühren kompatibel sind. Dass die Oberfläche fest an Ort und dass es einen starken elektrischen Kontakt zwischen der Rückseite der Oberfläche und der Metallprobenträger fixiert. </li><li> Verwendung der Ladungsschleusenprobeneinführungs Fähigkeiten der weichen Landung Instrumente (jeweils etwas unterschiedlich), sicherzustellen, dass das Schieberventil Trennen der Probeneinführungsbereich des Instruments von der weichen Landung Kammer wird geschlossen. Bringen Sie die Probe Einführung Kammer bis auf Atmosphärendruck durch Abschalten der Turbomolekular-Vakuumpumpe und Ionisation Manometer und closing des Ventils in der Einlassleitung mechanischen Vakuumpumpe. </li><li> Wenn die Probenkammer Einführung erreicht Atmosphärendruck öffnen Sie die Beispieltür und sichern den Probenhalter fest mit dem Manipulator (xyz-Bühne oder z-Übersetzer) innerhalb des Gerätes. Schließen Sie die Tür und das Ventil zu öffnen, um die Abgasleitung mechanische Vakuumpumpe. Wenn die Probeneinführungskammer einen Druck von 10 -3 Torr erreicht, schalten Sie den Turbomolekular-Vakuumpumpe und Ionisation Manometer. </li><li> Wenn die Probeneinführungskammer einen Druck von 10 -5 Torr erreicht, öffnen Sie den Schieber auf die weiche Landung Kammer. Verwenden Sie die magnetischen Manipulator oder xyz-Bühne, um die SAM-Oberfläche im Einklang mit dem Ionenstrahl zu positionieren, um weiche Landung beginnen. </li></ol> 2. Weiche Landung der Massen ausgewählt Ru (bpy) 3 2 + auf COOH-SAM Oberflächen <ol><li> Erhalten Tris (2,2 &#39;-Bipyridyl) Dichlor-Ruthenium (II)-Hexahydrat solide. Lösen Sie die roten Kristalle in reinem Methanol create Stammlösungen mit einer Konzentration von 10 -3 M. Verdünnen Sie die Stammlösungen mit einem Faktor von 10 oder 100 mit Methanol, um eine optimale Elektrospray-Ionenstrom von massenselektierten Ru (bpy) 3 2 + m / z = 285 zu erreichen. </li><li> Laden Sie die verdünnten Lösungen in 1 ml-Glasspritzen. Verwenden einer Spritzenpumpe, um die Lösung durch einen Außendurchmesser 360 &amp;mgr; m 80 &amp;mgr; m Innendurchmesser Quarzglaskapillare, die zwischen 2-3 kV vorgespannt ist, um positive Ionen zu erzeugen infundieren. Stellen Sie die Spritzenpumpe Strömungsgeschwindigkeit zwischen 20-40 ul / h, um eine optimale Ionenstrom und Stabilität an der Oberfläche zu erhalten. </li><li> Einstellen des Quadrupol-Massenfilter, um die Masse des Ru (bpy) 3 2 +-Ion mit m / z = 285, weiche Landung andere als Ru (bpy) 3 2 +-Spezies auf der Oberfläche zu verhindern. Mit einem hochohmigen Elektro auf das Substrat durch ein Vakuum angeschlossen elektrische Durch, passen die Spannungseinstellungen der Ionenoptik undRadiofrequenz-Ionenführungen an den Ionenstrom und die Stabilität der Ru (bpy) 3 2 + zu maximieren, gemessen an der SAM-Oberfläche. Daß der Versuch für eine ausgewählte Zeitdauer, um die gewünschte Reichweite der Ionen auf der Oberfläche der COOH-SAM zu erreichen laufen. </li><li> Erhöhen Sie die Potentialgefälle in der Hochdruck-Kollision Quadrupol Bereich der weichen Landung Instrumente, um die harten Bedingungen, die Gasphasen-Liganden ermöglichen Strippen aus der metallorganischen Ionen durch Kollision induzierte Dissoziation erstellen. Anmerkung:. Untersuchen die schematische Darstellung einer der drei weiche Landung Instrumente, die auch repräsentativ für die frühen Phasen der beiden anderen Geräte, die in 1 dargestellt ist die Fragmentierung des Ru (bpy) 3 2 +-Ionen erfolgt in Bereich 4. Erhöhen Sie den an der Rückplatte des elektrodynamischen Ionentrichter angewendet, um ein Bipyridinliganden von Ru (bpy) entfernen Spannung 3 2 + m / z = 285 Herstellung von Gas-Phase Ru (bpy) 2 2 + m / z = 207 in Bereich 4 des Instruments 81. Massen wählen Sie die hochreaktiven unterkoor Fragment-Ion mit der Quadrupol-Massenfilter in der Region 6 des Instruments und weich landen auf COOH-SAM-Oberflächen zu untersuchen, wie das Ausmaß der Ligation beeinflusst die Eigenschaften der metallorganischen unterstützt Ionen. </li><li> Passen Sie die Umgebung Ionenoptik, einschließlich der zu den Quadrupolstäben angelegten Gleichspannungen sowie der Leitfähigkeit Grenzwert um den Strom der massenselektierten Ru (bpy) 2 + 2 zu maximieren Fragment-Ionen an der Oberfläche. </li></ol> 3. Analyse von In-situ-TOF-SIMS vor und nach der Exposition gegenüber reaktiven Gasen <ol><li> Ausschalten der Spritzenpumpe und Hochspannung an die ESI-Emitter. Öffnen der Schieber, der die beiden Bereiche des Instruments während des Betriebs trennt. Verwenden Sie die magnetischen Manipulator, die vorbereitete Fläche von der weichen Landung Kammer in die Analysephase im Inneren bewegenDie TOF-SIMS-Teil des Instruments. </li><li> Lösen Sie den Manipulator von der Probe und einfahren sie vollständig von der SIMS-Analyse Kammer. Schließen des Schieberventils zwischen der weichen Landung und SIMS Teile des Gerätes, da die TOF-SIMS führt zu einem viel niedrigeren Druck als der weiche Landung Bereich des Instruments. </li><li> Um die TOF-SIMS-Experiment durchzuführen, laden Sie das Gerät Steuerdatei in der Software und sicherzustellen, dass die Ga +-Quelle ist die Herstellung einer ausreichend stabilen Strom von Primärionen. Hinweis: Beschäftigen 15 keV Primär Gallium-Ionen (Ga +, 500 pA, 5 ns Impulsbreite, 10 kHz Wiederholfrequenz) Desorption von weichen induzieren landete Material von den Oberflächen. Auszug aus der Oberfläche ausgestoßen in die Masse Analysator, der aus drei separaten elektro Sektoren besteht Sekundärionen. </li><li> Erwerben x-und y-Achse Linienprofile über die Oberfläche, um die Mitte des abgeschiedenen Ort von Ionen auf das Substrat (in der Regel in der Mitte der Fläche eine Bestimmungnd 3 mm im Durchmesser). Positionieren der Oberfläche, so daß die Ga + Primärionenstrahl auf die Mitte des abgeschiedenen Ort von Ionen. Erwerben Sie ein TOF-SIMS-Massenspektrum für 5 min. </li><li> Schalten Sie den primären Ga +-Ionenstrahl-und Hochspannung des TOF-SIMS. Verwenden Sie die magnetischen Manipulator, um die Probe zurück in die weiche Landung Teil des Instruments zu bewegen. Stellen Sie sicher, dass der Schieber zwischen den beiden Kammern, bevor Sie fortfahren geschlossen. </li><li> Verwenden eine Hochvakuumleckventil auf der weichen Landung Kammer, um einen kontrollierten Strom von Sauerstoff von ultrahochreinem (O 2) Gas von einem Zylinder in das Instrument einzuführen. Verwenden Sie das verstellbare Schieber vor dem Turbomolekular-Vakuumpumpe, um das Saugvermögen der Pumpe zu drosseln, um eine Steady-State-Druck von 10 -4 Torr von O 2 in der Kammer weiche Landung zu erreichen. </li><li> Nach der Belichtung der Oberfläche zu O 2 für 30 Minuten schließen Sie das Leckventil, öffnen Sie den Schieber über thE Turbomolekular-Vakuumpumpe ein und lassen die restlichen O 2 zu pumpen entfernt. Nachdem der Druck in der Kammer verringert hat, öffnen Sie den Schieber auf die SIMS Teil des Gerätes und verwenden Sie den Magnet Manipulator, um die Oberfläche auf der Analyse-Plattform für eine zweite Runde der TOF-SIMS-Analyse zu positionieren. </li><li> Nach dem zweiten TOF-SIMS-Spektrum erhalten wird, wie in den Abschnitten 3.3-3.4 beschrieben, öffnen Sie den Schieber und die Position der Oberfläche zurück in die weiche Landung Kammer für die Exposition bis 10 -4 Torr von C 2 H 4 für 30 min. Durchführen einer SIMS-Analyse wieder wie oben beschrieben. </li></ol> 4. Analyse von In-situ-FT-ICR-SIMS während und nach der Soft-Landing <ol><li> Vorbereitung der SAM-Oberflächen für die Experimente mit dem in-situ-FT-ICR-SIMS-Instrument in einer Art und Weise ähnlich zu der in Abschnitt 1 beschrieben, jedoch auf Kreissubstrate 5 mm im Durchmesser. Hinweis: Verwenden Sie Substrate, die Laser-Schnitt aus einer Gold-beschichteten Silizium-Wafer (5 nm ChromHaftschicht und 100 nm aus polykristallinem dampften Gold). Beachten Sie, dass der wichtigste Unterschied ist, dass in der FT-ICR-SIMS-Gerät die Oberfläche im Inneren der Bohrung eines supraleitenden Magneten angeordnet ist. Die Anwesenheit des Magneten erforderlich, daß die Oberflächen am Ende eines 5 ft manuelle z-Übersetzer, damit sie sicher und einstellbar an der Rückplatte der ICR-Zelle positioniert werden gespeichert. </li><li> Mit dem Last-Lock-Schnittstelle, positionieren Sie eine kreisförmige SAM Oberfläche auf der Rückseite Fangplatte der ICR-Zelle innerhalb der 6-Tesla-Magnet befindet. Hinweis: Beachten Sie, dass dieses Instrument ist ein speziell entwickeltes 6-Tesla-FT-ICR-Massenspektrometer zur Untersuchung von Ionen-Oberflächen-Wechselwirkungen 97120 konfiguriert. </li><li> Betreiben Sie das Ionen weiche Landung Teil des FT-ICR-SIMS-Instrument in einer ähnlichen Weise wie in Kapitel 2 beschrieben. </li><li> Verwenden Sie einen Cäsium-Ionenquelle, um einen kontinuierlichen Strahl von 8 kV Cs + Primärionen zu erstellen, um die Oberfläche während ein Sputternd nach Ionen weiche Landung. </li><li> Nutzen Sie die ESI-Quelle bei 90 ° in Richtung der Hauptachse Instrument, um Ionen für weiche Landung zu generieren positioniert. Konzentrieren Sie sich die Ionen durch eine 90 °-Biegung Quadrupol-120. Hinweis: Beachten Sie diese Instrumentengeometrie ermöglicht die gleichzeitige sanfte Landung von Ru (bpy) 3 2 + und Übertragung von dem primären Cs +-Ionenstrahl auf die Oberfläche, wodurch die Überwachung der weichen Landung Verfahren ermöglicht sowohl während als auch nach der Ionenabscheidung. </li><li> Falle und die von der Oberfläche mit FT-ICR-MS ausgeworfen Sekundärionen zu analysieren. Hinweis: Beschäftigen statische SIMS Bedingungen entsprechend einer Gesamtionenfluss von etwa 10 10 Ionen / cm 2 (Strom 4 nA, Dauer 80 Mikrosekunden, Fleckdurchmesser 4,6 mm, 10 Schuss pro Spektrum, ~ 200 Datenpunkte) für diese Experimente, die für die letzten etwa 7 Stunden. Durchschnittlich jedes SIMS Spektrum über 10 Aufnahmen, die einer Akquisitionszeit von ~ 10 sek. </li><li> Erwerben Kinetik Daten durch Abtasten des SAM surface alle 4 Minuten für etwa 7 Stunden, während und nach der Ionenabscheidung. </li><li> Führen Sie die Datenerfassung und Gerätesteuerung mit einer in der Literatur 121 beschriebenen automatisierten modularen Datenkontrollsystem. </li></ol> 5. Analyse von In-situ-IRRAS während und nach der Soft-Landing <ol><li> Bereiten Sie die SAM-Oberflächen für Experimente mit dem in situ IRRAS Instrument in einer ähnlichen Weise wie in Abschnitt 1 beschrieben. Hinweis: Beachten Sie, dass der größte Unterschied zu den Ergebnissen IRRAS Instrument von der präzisen Positionierung der Oberfläche mit der z-Übersetzer, ist erforderlich, um das Substrat an dem Brennpunkt der parabolischen Spiegel und in Übereinstimmung mit dem Ionenstrahl zu lokalisieren. Maximierung der Überlappung zwischen dem Infrarotstrahl und dem Ort des abgeschiedenen Ionen an der Oberfläche. </li><li> Führen Sie die IRRAS Experimente in einem Weide Inzidenz Geometrie Verwendung eines FTIR-Spektrometer mit flüssigem Stickstoff gekühlt ausgestattet Quecksilber-Cadmium-Tellurid (MCT)-Detektor. </li><li> Nutzen Sie eine goldbeschichtete Flachspiegel, um das Licht Verlassen des FTIR-Spektrometer auf einen parabolischen Spiegel Gold lenken. Reflektieren das Licht von dem Parabolspiegel durch einen mittleren Infrarot Drahtgitter-Polarisator und in die Vakuumkammer durch ein Bildfenster. </li><li> Lenken das Infrarotlicht vom Spektrometer auf die COOH-SAM Oberfläche innerhalb der Vakuumkammer angeordnet ist. Hinweis: Die Vakuumkammer bei einem Druck von 10 -5 Torr während der Ionen weiche Landung gehalten. </li><li> Positionieren des reflektierenden SAM auf Gold-Oberfläche innerhalb der Vakuumkammer an dem Brennpunkt des ersten parabolischen Spiegels mit der motorbetriebenen z-Übersetzer. </li><li> Beziehen sich die IR-Licht in die Vakuumkammer von der Oberfläche des SAM und aus der Kammer durch eine zweite Darstellungs. Verwenden Sie einen zweiten parabolischen Gold-Spiegel das reflektierte Licht von der Oberfläche auf ein MCT-Detektor zu fokussieren. </li><li> Spülen Weg des IR-Strahls außerhalb der Vakuumkammer mit N 2. </li><li> Acerfordern Spektren in bestimmten Intervallen während der Abscheidung. </li></ol>

Die Autoren haben nichts zu offenbaren.

Weiche Landung der massenselektierten Ionen wird in der Regel durchgeführt unter Verwendung einzigartige kundenspezifische Instrumente, die in mehreren Laboratorien auf der ganzen Welt, die speziell für diese Versuche ausgestattet sind, existiert. Modifikationen werden ständig auf dieser Instrumente, um die Ionisation einer breiteren Palette von Verbindungen zu erleichtern, die größere Ionenströme und kürzeren Abscheidungszeiten zu erreichen, um weiche Landung zu multiplexen und so zu erreichen gleichzeitige Absc...

Weiche Landung der massenselektierten Ionen auf Oberflächen bleibt ein Gegenstand der aktuellen Forschung Interesse aufgrund der demonstriert Fähigkeiten der Technik für die hoch-gesteuerte Herstellung von neuen Materialien 6.1. Jüngste Bemühungen haben potenzielle zukünftige Anwendungen der weichen Landung der massenselektierten Ionen bei der Herstellung von Peptid-und Protein-Arrays für die Verwendung in Hochdurchsatz-Screening biologischer 7,8, Abtrennung von Proteinen und Konformationsänderungen Anreicherung von Peptiden 9-12, kovalente Bindung angegeben Peptide an Oberflächen 9,10,13,14, chirale Anreicherung von organischen Verbindungen 15, elektrochemische Charakterisierung spezifischer redox-aktive Proteine ​​16-18, Herstellung von dünnen molekularen Filmen 19,20, Verarbeitung von Makromolekülen wie Graphen 21 und Vorbereitung von Modell Katalysatorsysteme durch weiche Landung von ionischen Cluster 22-39, 40-48 und metallorganischen Nanopartikeln Complexes auf Trägermaterialien 19,49-56. Das Konzept der Modifizierung von Oberflächen durch weiche Landung Polyatomionen wurde ursprünglich von Cooks und Mitarbeiter im Jahr 1977 57 vorgeschlagen. In den folgenden Jahren eine breite Palette von Instrumental Ansätze für die kontrollierte Abscheidung von massenselektierten Ionen aus dem Gas entwickelt Phase auf Oberflächen 1,4,5. Ionen wurden durch Verfahren wie Elektrospray-Ionisation (ESI) 10,58,59, Matrix-unterstützte Laserdesorption / Ionisation (MALDI) 21, Elektronenstoß (EI) 60,61 gepulste Bogenentladung 62, 36 Inertgas-Kondensation hergestellt wurden , 63, Magnetron-Sputtern 64,65 und Laserverdampfung 25,66,67. Massenselektion von Gasphasenionen vor der weiche Landung erreicht wurde hauptsächlich beschäftigt Quadrupol Massenfilter 58,68,69, magnetische Ablenkung Geräte 70 und linearen Ionenfalle Instrumente 8,59. Ein besonders notable Fortschritt in der Ionen-weiche Landung Methodik trat vor kurzem mit der erfolgreichen Umsetzung der Umgebungs Ionen-Soft-und Blindlande von Cooks und Mitarbeiter 71,72. Mit diesen verschiedenen Ionisations-und Massenauswahltechniken, haben die Wechselwirkungen von hyper (&lt;100 eV) Polyatomionen mit Oberflächen, um die Faktoren, die die Effizienz der Ionen-weiche Landung und die konkurrierenden Prozesse von reaktiven und nicht reaktiven Streuung als besser zu verstehen, untersucht sowie Oberflächen-induzierte Dissoziation 4,73-75. Die Herstellung von gut definierten Modellkatalysatoren für die Forschung war ein besonders fruchtbare Anwendung der weichen Landung der massenselektierten Ionen 25,34,35,56,76-81. Im Größenbereich von Nanoclustern, in denen physikalische und chemische Verhalten nicht linear mit der Clustergröße zu skalieren, hat es sich gezeigt, dass das Hinzufügen oder Entfernen von einzelnen Atomen zu oder von Clustern drastisch beeinflussen their chemische Reaktivität 82-84. Diese nanoskaligen Phänomen, das aus der Quantenhaft führt, wurde überzeugend von Heiz und Mitarbeiter 85 für ein Modellkatalysator, der aus weichem gelandet Cluster von acht Goldatomen (Au 8) auf einer defektreichen MgO-Oberfläche unterstützt demonstriert. Mehrere Studien haben zusätzliche Beweise für die größenabhängige Reaktivität von Clustern auf Oberflächen 34,77,86,87 gelagert ist. Darüber hinaus, hochauflösende Elektronenmikroskopie-Bilder zeigen, dass Cluster mit nur zehn 88 und fünfundfünfzig 89 Atome weitgehend für die überlegene Wirksamkeit von Groß Synthese von Eisenoxiden unterstützten Gold-Katalysatoren verantwortlich. Der Einsatz weiche Landung der massenselektierten Ionen, ist es möglich, stabile Anordnungen von größenselektierten Clustern und Nanopartikeln, die nicht diffundieren und Agglomeration zu größeren Strukturen auf der Oberfläche von Trägermaterialien 90-92 vorzubereiten. Diese früheren Studien zeigen, dass mit Kontinuitätten Entwicklung, kann weiche Landung von massenselektierten Clustern und Nanopartikeln eine vielseitige Technik zur Erstellung von hochaktiven heterogene Katalysatoren, die die emergente Verhalten einer großen Anzahl von identischen Clustern und Nanopartikeln in Arrays erweitert auf Oberflächen nutzen werden. Diese extrem gut definierte Systeme können zu Forschungszwecken verwendet werden, um, wie kritische Parameter wie Cluster-Größe, Morphologie, elementare Zusammensetzung und die katalytische Aktivität Berichterstattung Einfluss Oberfläche, Selektivität und Lebensdauer zu verstehen. Metallorganischen Komplexen, die typischerweise in der Lösungsphase als homogene Katalysatoren verwendet werden, können auch auf Oberflächen durch weiche Landung massenselektierten Ionen 56,80,81 immobilisiert werden. Anbringen ionischen Metall-Ligand-Komplexe an feste Träger zu organisch-anorganischen Hybridmaterialien herzustellen ist derzeit ein aktives Forschungsgebiet in der Katalyse und Oberflächenwissenschaften 93 Gemeinden. Das übergeordnete Ziel ist die hohe zu erhaltenSelektivität gegenüber einem gewünschten Produkt der Lösungsphase Metall-Ligand-Komplexe und erleichtert eine einfachere Trennung der Produkte von Katalysatoren und Reaktanten in Lösung verbleibt. Auf diese Weise immobilisiert Oberfläche metallorganische Komplexe, die Vorteile der beiden homogenen und heterogenen Katalysatoren. Durch Auswahl eines geeigneten Substrat ist es möglich, aufrecht zu erhalten oder sogar verbessern die organischen Liganden Umgebung des aktiven Metallzentrum und zugleich eine starke Immobilisierung Oberfläche 94. Selbstorganisierte Monoschichten (SAMs) auf Gold mit einer Anzahl von verschiedenen funktionellen Gruppen terminiert werden und sind daher ideale Systeme, um die Durchführbarkeit Anbinden von metallorganischen Komplexen von Oberflächen durch weiche Landung massenselektierten Ionen 95 zu untersuchen. Außerdem haben Ionisationsverfahren wie Atmosphärendruck thermische Desorption Ionisation (APTDI) bereits gezeigt, dass Gasphasenmischmetallkomplexe ergeben anorganische, die nicht zugänglich sind, durch Synthese in Lösung 96. In ähnlicher Weise, nicht-thermische kinetisch begrenzt Synthese und Ionisation Techniken wie Magnetron-Sputter-65-, Gas-Aggregation 63 und 66 Laserverdampfung kann auch mit Ionen weiche Landung Instrumentierung gekoppelt werden, um einen vielseitigen Weg zu neuartigen anorganischen Clustern und Nanopartikeln unterstützt auf liefern Oberflächen. Um weiche Landung der massenselektierten Ionen in eine ausgereifte Technologie für die Herstellung von Materialien zu entwickeln, ist es wichtig, dass informative analytische Methoden mit weichen Landung Instrumentierung gekoppelt, um die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Oberflächen vor der Sonde, während und nach der Abscheidung Ionen. Bisher wurden eine Vielzahl von Techniken zu diesem Zweck mit Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) 19,97-100, Temperatur-programmierte Desorption und Reaktion 50,52, Laser Desorption und Ionisation 1 angewendet worden01, gepulsten Molekularstrahl Reaktions 102, Infrarot-Spektroskopie (FTIR-und Raman) 98103104, oberflächenverstärkte Raman-Spektroskopie 103,105 Hohlraum Ringdown-Spektroskopie 106, Röntgen-Photoelektronenspektroskopie 35107, Rastertunnelmikroskopie 33,108-111, Atomkraftmikroskopie 112-114, und Transmissionselektronenmikroskopie 39. , Um möglichst genau zu charakterisieren Oberflächen hergestellt oder durch Ionen weiche Landung modifiziert ist es jedoch entscheidend, dass die Analyse ohne Aussetzen des Substrats an die Umgebung im Labor in situ durchgeführt werden. Frühere Analysen in situ durchgeführt haben Einblick in Phänomene wie die Reduzierung der Ionenladung landete weich Ionen im Laufe der Zeit 37,38,115,116 vorgesehen, die Desorption von Ionen aus weichem gelandet Flächen 52, die Effizienz und die kinetische Energieabhängigkeit der Ionenblindlande 14,81 , und der Einfluß der Größeauf die katalytische Aktivität von Clustern und Nanopartikeln auf Oberflächen abgeschieden 117. Beispielsweise, in unserem Labor haben wir systematisch untersucht die Ladungs ​​Reduktionskinetiken protoniert Peptide auf der Oberfläche von verschiedenen SAMs 3. Diese Versuche wurden mit einer einzigartigen weichen Landung Instrument gekoppelt durchgeführt eine Fourier-Transformation-Ionen-Zyklotron-Resonanz-Sekundärionen-Massenspektrometer (FT-ICR-SIMS), die in situ-Analyse von Oberflächen während und nach der weichen Landung der Ionen 97 ermöglicht. Um auf diesen analytischen Fähigkeiten zu erweitern, wurde ein weiteres Instrument konstruiert, das in-situ-Charakterisierung von weichen landete Ionen auf Oberflächen mit IRRAS 104 ermöglicht. Diese oberflächenempfindliche Infrarot-Technik ermöglicht Bindungsbildung und Zerstörung Prozesse sowie Konformationsänderungen in Komplexionen und Oberflächenschichten in Echtzeit während und nach der sanften Landung 12 überwacht werden. Beispielsweise unter Verwendung IRRAS esgezeigt, dass Ionen weiche Landung verwendet werden, um kovalent immobilisieren massenselektierten Peptide auf N-Hydroxysuccinimidylester funktionalisierten SAMs 13,14 werden. Hier veranschaulichen wir die Fähigkeiten der drei einzigartige maßgeschneiderte Instrumente im Pacific Northwest National Laboratory, die für in-situ-TOF-SIMS, FT-ICR-SIMS entworfen befinden, und IRRAS Analyse der Substrate durch weiche Landung der massenselektierten Ionen erzeugt auf Oberflächen. Als Vertreter Systems präsentieren wir Ergebnisse für weiche Landung der massenselektierten metallorganischen Ruthenium Tris (bipyridin)-Dikationen [Ru (bpy) 3] 2 + auf Carbonsäure-terminierten SAMs (COOH-SAMs) auf immobilisierten metallorganische Komplexe vorzubereiten. Es wird gezeigt, dass die in situ-TOF-SIMS bietet die Vorteile einer sehr hohen Empfindlichkeit und großen Gesamtdynamikbereich, die die Identifizierung von Spezies, einschließlich geringer Menge reaktiver Zwischenstufen erleichtert, die nur vorge werden kannfür kurze Zeit an der Oberfläche gesendet. TOF-SIMS ist auch Einblick, wie das Entfernen eines Liganden aus einer organometallischen Ionen in der Gasphase vor der weichen Landung, beeinflusst die Effizienz zu Immobilisierung auf Oberflächen und die chemische Reaktivität gegenüber gasförmigen Molekülen. Ergänzende Charakterisierung mittels in-situ-FT-ICR-SIMS gibt Einblicke in die Ladungsreduzierung, Neutralisation und Desorptionskinetik der zweifach geladenen Ionen an der Oberfläche, während in situ Sonden IRRAS die Struktur der organischen Liganden rund um die geladenen Metallzentren, die beeinflussen können, die elektronischen Eigenschaften und Reaktivität der immobilisierten Ionen. Gemeinsam veranschaulichen wir, wie weiche Landung der in Kombination mit in situ-Analyse von SIMS und IRRAS massenselektierten Ionen gibt Einblick in die Wechselwirkungen zwischen gut definierten Arten und Flächen, die Auswirkungen auf ein breites Spektrum von wissenschaftlichen Bemühungen haben.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="1029">
	<colgroup>
		<col />
		<col /> 
		<col />
		<col />
	</colgroup>
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Gold on Silicon Substrates 1 cm2</td>
			<td style="width:187px;">Platypus Technologies</td>
			<td style="width:209px;">Au.1000.SL1custom</td>
			<td style="width:287px;"> </td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:347px;">Gold on Silicon Substrates 4.8 mm diameter circular</td>
			<td style="width:187px;">SPI Supplies</td>
			<td>4176GSW-AB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Glass Scintillation Vials</td>
			<td style="width:187px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:209px;">03-337-14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Non-denatured Ethanol</td>
			<td style="width:187px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:209px;">459836-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Ultraviolet Cleaner</td>
			<td style="width:187px;">Boekel Scientific </td>
			<td style="width:209px;"> </td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">16-Mercaptohexadecanoic Acid</td>
			<td style="width:187px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:209px;">448303-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Hydrochloric Acid</td>
			<td style="width:187px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:209px;">320331-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Aluminum Foil</td>
			<td style="width:187px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:209px;">Z185140-1EA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Metal Forceps/Tweezers</td>
			<td style="width:187px;">Wiha</td>
			<td style="width:209px;">49185</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Nitrile Gloves</td>
			<td style="width:187px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:209px;">S66383</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:347px;">Tris(2,2&#8242;-bipyridine)dichlororuthenium(II) hexahydrate</td>
			<td style="width:187px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:209px;">224758-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Methanol</td>
			<td style="width:187px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:209px;">322415-1L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">1 mL Gas Tight Glass Syringe</td>
			<td style="width:187px;">Hamilton</td>
			<td style="width:209px;"> </td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Syringe Pump</td>
			<td style="width:187px;">KD Scientific</td>
			<td style="width:209px;">100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">360 um ID Fused Silica Capillary</td>
			<td style="width:187px;">Polymicro Technologies</td>
			<td style="width:209px;">TSP075375</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">High Resistance Electrometer</td>
			<td style="width:187px;">Keithley</td>
			<td style="width:209px;">6517A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Commercial TOF-SIMS Instrument</td>
			<td style="width:187px;">Physical Electronics</td>
			<td style="width:209px;">TRIFT </td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Ultra High Purity Oxygen</td>
			<td style="width:187px;">Matheson</td>
			<td style="width:209px;">G1979175</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Research Purity Ethylene</td>
			<td style="width:187px;">Matheson</td>
			<td style="width:209px;">G2250178</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Cesium Ion Source</td>
			<td style="width:187px;">Heat Wave Labs</td>
			<td style="width:209px;">101502</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:347px;">Commercial FTIR Spectrometer</td>
			<td style="width:187px;">Bruker</td>
			<td style="width:209px;">Vertex 70</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

in situ sims and ir spectroscopy of well-defined surfaces prepared by soft landing of mass-selected ions

Weiche Landung der massenselektierten Ionen auf Oberflächen ist ein leistungsfähiges Konzept für die hoch gezielte Herstellung von Materialien, die mit konventionellen Syntheseverfahren nicht zugänglich sind. Kupplung weiche Landung mit in-situ-Charakterisierung mit Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) und Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie (IRRAS) ermöglicht die Analyse von gut definierten Oberflächen unter Vakuumbedingungen sauber. Die Fähigkeiten der drei weiche Landung Instrumente in unserem Labor aufgebaut sind für die repräsentative System der Oberfläche gebundenen metallorganischen Verbindungen durch weiche Landung der massenselektierten Ruthenium Tris (bipyridin)-Dikationen vorbereitet dargestellt, [Ru (bpy) 3] 2 + (bpy = bipyridin), beendet auf Carbonsäure selbstorganisierten Monoschicht auf Gold-Oberflächen (COOH-SAMs). In-situ-Time-of-Flight (TOF)-SIMS gibt Einblick in die Reaktivität der Soft-Ionen gelandet. Außerdem ist die Kinetik der Ladungsreduzierung, Neutralisation und deSorption an der COOH-SAM auftreten, während und nach der Ionen weiche Landung werden mit In-situ-Fourier-Transform-Ionen-Zyklotron-Resonanz (FT-ICR)-SIMS-Messungen untersucht. In situ IRRAS Experimente liefern Einblick in die Struktur der organischen Liganden umgebenden Metallzentren durch Immobilisierung metallorganischer Ionen auf COOH-SAM gestört Oberflächen durch weiche Landung. Gemeinsam haben die drei Instrumente bieten ergänzende Informationen über die chemische Zusammensetzung, Struktur und Reaktivität auf Oberflächen unterstützt gut definierten Arten.

1. Untersuchung der Reaktivität von Ru (bpy) 3 2 + auf COOH-SAMs Mit In-situ-TOF-SIMS Weiche Landung massenselektierten Ionen auf organometallische funktionalisierten SAMs wird zuerst unter Verwendung von in-situ-TOF-SIMS eine maximale Empfindlichkeit in Richtung der Detektions Addukte zwischen den abgeschiedenen Ionen und der einzelnen Moleküle in der Monoschichten sowie alle Produkte von chemischen Reaktionen gebildet wird nach Exposition dargestellt...

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In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

Weiche Landung der massenselektierten Ionen auf Oberflächen ist ein leistungsfähiges Konzept für die hoch-gesteuerte Herstellung von neuen Materialien. Mit der Analyse von in-situ-Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) und Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie (IRRAS) gekoppelt ist, bietet weiche Landung beispiellose Einblicke in die Wechselwirkungen von gut definierten Arten mit Oberflächen.

In-situ-SIMS und IR-Spektroskopie von gut definierten Oberflächen durch weiche Landung der Messe-Ionen ausgewählt Vorbereitet

Soft landing of mass-selected ions onto surfaces is a powerful approach for the highly-controlled preparation of materials that are inaccessible using ...

in-situ-sims-ir-spectroscopy-well-defined-surfaces-prepared-soft

Research

JoVE Journal

Chemistry

In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

18.0K Aufrufe.  Pacific Northwest National Laboratory.  Weiche Landung der massenselektierten Ionen auf Oberflächen ist ein leistungsfähiges Konzept für die hoch-gesteuerte Herstellung von neuen Materialien. Mit der Analyse von in-situ-Sekundärionen-Massenspektrometrie (SIMS) und Infrarot-Reflexions-Absorptions-Spektroskopie (IRRAS) gekoppelt ist, bietet weiche Landung beispiellose Einblicke in die Wechselwirkungen von gut definierten Arten mit Oberflächen. 

Serie: In Situ SIMS and IR Spectroscopy of Well-defined Surfaces Prepared by Soft Landing of Mass-selected Ions

Dynamic Electrochemical Measurement of Chloride Ions

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver chloride electrode is used extensively for potentiometric measurement of chloride ions concentration in electrolyte. In this measurement, long-term and continuous monitoring is limited due to the inherent drift and the requirement of a stable reference electrode. We utilized the chronopotentiometric approach to minimize drift and avoid the use of a conventional reference electrode. A galvanostatic pulse is applied to an Ag/AgCl electrode which initiates a faradic reaction depleting the Cl&#713; ions near the electrode surface. The transition time, which is the time to completely deplete the ions near the electrode surface, is a function of the ion concentration, given by the Nernst equation. The square root of the transition time is in linear relation to the chloride ion concentration. Drift of the response over two weeks is negligible (59 &#181;M/day) when measuring 1 mM [Cl&#713;]using a current pulse of 10 Am-2. This is a dynamic measurement where the moment of transition time determines the response and thus is independent of the absolute potential. Any metal wire can be used as a pseudo-reference electrode, making this approach feasible for long-term measurement inside concrete structures.

Dynamic measurement of chloride ions is presented. Transition time of an Ag/AgCl electrode, during a chronopotentiometric technique, can give the concentration of chloride ions in electrolyte. This method does not require a stable conventional reference electrode.

Dynamische elektrochemischen Messung von Chlorid-Ionen

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver ...

Forschung

Chemie

In Situ Characterization of Hydrated Proteins in Water by SALVI and ToF-SIMS

This work demonstrates in situ characterization of protein biomolecules in the aqueous solution using the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) and time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). The fibronectin protein film was immobilized on the silicon nitride (SiN) membrane that forms the SALVI detection area. During ToF-SIMS analysis, three modes of analysis were conducted including high spatial resolution mass spectrometry, two-dimensional (2D) imaging, and depth profiling. Mass spectra were acquired in both positive and negative modes. Deionized water was also analyzed as a reference sample. Our results show that the fibronectin film in water has more distinct and stronger water cluster peaks compared to water alone. Characteristic peaks of amino acid fragments are also observable in the hydrated protein ToF-SIMS spectra. These results illustrate that protein molecule adsorption on a surface can be studied dynamically using SALVI and ToF-SIMS in the liquid environment for the first time.

In Situ Characterization of Hydrated Proteins in Water by SALVI and ToF-SIMS

This work presents a protocol for liquid handling and sample introduction to a microchannel for in situ time-of-flight secondary ion mass spectrometry analysis of protein biomolecules in an aqueous solution.

In-situ-Charakterisierung von Hydrated Proteine ​​in Wasser durch SALVI und TOF-SIMS

This work demonstrates in situ characterization of protein biomolecules in the aqueous solution using the System for Analysis at the Liquid Vacuum ...

TiO2-coated Hollow Glass Microspheres with Superhydrophobic and High IR-reflective Properties Synthesized by a Soft-chemistry Method

This manuscript proposes a soft-chemistry method to develop superhydrophobic and highly IR-reflective hollow glass microspheres (HGM). The anatase TiO2 and a superhydrophobic agent were coated on the HGM surface in one step. TBT and PFOTES were selected as the Ti source and the superhydrophobic agent, respectively. They were both coated on the HGM, and after the hydrothermal process, the TBT turned to anatase TiO2. In this way, a PFOTES/TiO2-coated HGM (MCHGM) was prepared. For comparison, PFOTES single-coated HGM (F-SCHGM) and TiO2 single-coated HGM (Ti-SCHGM) were synthesized as well. The PFOTES and TiO2 coatings on the HGM surface were demonstrated through X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy (SEM), and energy-dispersive detector (EDS) characterizations. The MCHGM showed a higher contact angle (153&#176;) but a lower sliding angle (16&#176;) than F-SCHGM, with a contact angle of 141.2&#176; and a sliding angle of 67&#176;. In addition, both Ti-SCHGM and MCHGM displayed similar IR reflectivity values, which were about 5.8% higher than the original HGM and F-SCHGM. Also, the PFOTES coating barely changed the thermal conductivity. Therefore, F-SCHGM, with a thermal conductivity of 0.0479 W/(m&#183;K), was quite like the original HGM, which was 0.0475 W/(m&#183;K). MCHGM and Ti-SCHGM were also similar. Their thermal conductivity values were 0.0543 W/(m&#183;K) and 0.0543 W/(m&#183;K), respectively. The TiO2 coating slightly increased the thermal conductivity, but with the increase in reflectivity, the overall heat-insulation property was enhanced. Finally, since the IR-reflecting property is provided by the HGM coating, if the coating is fouled, the reflectivity decreases. Therefore, with the superhydrophobic coating, the surface is protected from fouling, and its lifetime is also prolonged.

TiO2-coated Hollow Glass Microspheres with Superhydrophobic and High IR-reflective Properties Synthesized by a Soft-chemistry Method

This manuscript proposes a soft-chemistry method to synthesize superhydrophobic, TiO2-coated hollow glass microspheres (HGM) with high IR-reflective properties.

TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -beschichteten Glashohlkugeln mit Superhydrophobe und hohe IR-reflektierende durch eine Soft-Chemie synthetisiert Eigenschaften

This manuscript proposes a soft-chemistry method to develop superhydrophobic and highly IR-reflective hollow glass microspheres (HGM). The anatase TiO2 ...

In Situ Characterization of Shewanella oneidensis MR1 Biofilms by SALVI and ToF-SIMS

Bacterial biofilms are surface-associated communities that are vastly studied to understand their self-produced extracellular polymeric substances (EPS) and their roles in environmental microbiology. This study outlines a method to cultivate biofilm attachment to the System for Analysis at the Liquid Vacuum Interface (SALVI) and achieve in situ chemical mapping of a living biofilm by time-of-flight secondary ion mass spectrometry (ToF-SIMS). This is done through the culturing of bacteria both outside and within the SALVI channel with our specialized setup, as well as through optical imaging techniques to detect the biofilm presence and thickness before ToF-SIMS analysis. Our results show the characteristic peaks of the Shewanella biofilm in its natural hydrated state, highlighting upon its localized water cluster environment, as well as EPS fragments, which are drastically different from the same biofilm's dehydrated state. These results demonstrate the breakthrough capability of SALVI that allows for in situ biofilm imaging with a vacuum-based chemical imaging instrument.

In Situ Characterization of Shewanella oneidensis MR1 Biofilms by SALVI and ToF-SIMS

This article presents a method for growing a biofilm for in situ time-of-flight secondary ion mass spectrometry for chemical mapping in its hydrated state, enabled by a microfluidic reactor, System for Analysis at the liquid Vacuum Interface. The Shewanella oneidensis MR-1 with green fluorescence protein was used as a model.

In Situ Charakterisierung von Shewanella Oneidensis MR1 Biofilmen von SALVI und ToF-SIMS

Bacterial biofilms are surface-associated communities that are vastly studied to understand their self-produced extracellular polymeric substances (EPS) ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three preparation methods are described: (a) the incorporation of metal salts into silica or alumina wet gels using an impregnation method; (b) the incorporation of metal salts into alumina wet gels using a co-precursor method; and (c) the addition of metal nanoparticles directly into a silica aerogel precursor mixture. The methods utilize a hydraulic hot press, which allows for rapid (&#60;6 h) supercritical extraction and results in aerogels of low density (0.10 g/mL) and high surface area (200-800 m2/g). While the work presented here focuses on the use of copper salts and copper nanoparticles, the approach can be implemented using other metal salts and nanoparticles. A protocol for testing the three-way catalytic ability of these aerogels for automotive pollution mitigation is also presented. This technique uses custom-built equipment, the Union Catalytic Testbed (UCAT), in which a simulated exhaust mixture is passed over an aerogel sample at a controlled temperature and flow rate. The system is capable of measuring the ability of the catalytic aerogels, under both oxidizing and reducing conditions, to convert CO, NO and unburned hydrocarbons (HCs) to less harmful species (CO2, H2O and N2). Example catalytic results are presented for the aerogels described.

Here we present protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms. Methods for preparing materials using copper salts and copper-containing nanoparticles are featured. Catalytic testing protocols demonstrate the effectiveness of these aerogels for three-way catalysis applications.

Herstellung und Prüfung von katalytischen Aerogelen über schnelle überkritische Extraktion vorbereitet

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three ...

Rapid Nanoprobe Signal Enhancement by In Situ Gold Nanoparticle Synthesis

The use of nanoprobes such as gold, silver, silica or iron-oxide nanoparticles as detection reagents in bioanalytical assays can enable high sensitivity and convenient colorimetric readout. However, high densities of nanoparticles are typically needed for detection. The available synthesis-based enhancement protocols are either limited to gold and silver nanoparticles or rely on precise enzymatic control and optimization. Here, we present a protocol to enhance the colorimetric readout of gold, silver, silica, and iron oxide nanoprobes. It was observed that the colorimetric signal can be improved by up to a 10000-fold factor. The basis for such signal enhancement strategies is the chemical reduction of Au3+ to Au0. There are several chemical reactions that enable the reduction of Au3+ to Au0. In the protocol, Good&#39;s buffers and H2O2 are used and it is possible to favor the deposition of Au0 onto the surface of existing nanoprobes, in detriment of the formation of new gold nanoparticles. The protocol consists of the incubation of the microarray with a solution consisting of chloroauric acid and H2O2 in 2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid pH 6 buffer following the nanoprobe-based detection assay. The enhancement solution can be applied to paper and glass-based sensors. Moreover, it can be used in commercially available immunoassays as demonstrated by the application of the method to a commercial allergen microarray. The signal development requires less than 5 min of incubation with the enhancement solution and the readout can be assessed by naked eye or low-end image acquisition devices such as a table-top scanner or a digital camera.

Rapid Nanoprobe Signal Enhancement by In Situ Gold Nanoparticle Synthesis

In this work, a protocol for signal enhancement of nanoprobe-based biosensing is presented. The protocol is based on the reduction of chloroauric acid onto the surface of existing nanoprobes that consist of gold, silver, silica or iron-oxide nanoparticles.

Schnelle Nanoprobe Signal-Verbesserung durch In Situ -Gold-Nanopartikel-Synthese

The use of nanoprobes such as gold, silver, silica or iron-oxide nanoparticles as detection reagents in bioanalytical assays can enable high sensitivity ...

In Situ Lithiated Reference Electrode: Four Electrode Design for In-operando Impedance Spectroscopy

Extending operating voltage of Li-ion batteries results in higher energy output from these devices. High voltages, however, may trigger or accelerate multiple processes responsible for long-term performance decay. Given the complexity of physical processes occurring inside the cell, it is often challenging to achieve a full understanding of the root causes of this performance degradation. This difficulty arises in part from the fact that any electrochemical measurement of a battery will return the combined contributions of all components in the cell. Incorporation of a reference electrode can solve part of the problem, as it allows the electrochemical reactions of the cathode and the anode to be individually probed. A variation in the voltage range experienced by the cathode, for example, can indicate alterations in the pool of cyclable lithium ions in the full-cell. The structural evolution of the many interphases existing in the battery can also be monitored, by measuring the contributions of each electrode to the overall cell impedance. Such wealth of information amplifies the reach of diagnostic analysis in Li-ion batteries and provides valuable input to the optimization of individual cell components. In this work, we introduce the design of a test cell able to accommodate multiple reference electrodes, and present reference electrodes that are appropriate for each specific type of measurement, detailing the assembly process in order to maximize the accuracy of the experimental results.

The incorporation of reference electrodes in a Li-ion battery provides valuable information to elucidate degradation mechanisms at high voltages. In this article, we present a cell design that accommodates multiple reference electrodes, along with the assembly steps to assure maximum accuracy of the data obtained in electrochemical measurements.

In Situ Lithiated Referenzelektrode: Vier Elektrodenkonstruktion bei Operando Impedanz Spektroskopie

Extending operating voltage of Li-ion batteries results in higher energy output from these devices. High voltages, however, may trigger or accelerate ...

Elemental-sensitive Detection of the Chemistry in Batteries through Soft X-ray Absorption Spectroscopy and Resonant Inelastic X-ray Scattering

Energy storage has become more and more a limiting factor of today's sustainable energy applications, including electric vehicles and green electric grid based on volatile solar and wind sources. The pressing demand of developing high-performance electrochemical energy storage solutions, i.e., batteries, relies on both fundamental understanding and practical developments from both the academy and industry. The formidable challenge of developing successful battery technology stems from the different requirements for different energy-storage applications. Energy density, power, stability, safety, and cost parameters all have to be balanced in batteries to meet the requirements of different applications. Therefore, multiple battery technologies based on different materials and mechanisms need to be developed and optimized. Incisive tools that could directly probe the chemical reactions in various battery materials are becoming critical to advance the field beyond its conventional trial-and-error approach. Here, we present detailed protocols for soft X-ray absorption spectroscopy (sXAS), soft X-ray emission spectroscopy (sXES), and resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) experiments, which are inherently elemental-sensitive probes of the transition-metal 3d and anion 2p states in battery compounds. We provide the details on the experimental techniques and demonstrations revealing the key chemical states in battery materials through these soft X-ray spectroscopy techniques.

Here, we present a protocol for typical experiments of soft X-ray absorption spectroscopy (sXAS) and resonant inelastic X-ray scattering (RIXS) with applications in battery material studies.

Elementar-Sensitive Detektion der Chemie in Batterien durch weiche Röntgenabsorptionsspektroskopie und resonanten unelastische Röntgenstreuung

Energy storage has become more and more a limiting factor of today's sustainable energy applications, including electric vehicles and green electric grid ...

Accumulation and Analysis of Cuprous Ions in a Copper Sulfate Plating Solution

Knowledge of the behavior of cuprous ions (monovalent copper ion: Cu(I)) in a copper sulfate plating bath is important for improving the plating process. We successfully developed a method to quantitatively and easily measure Cu(I) in a plating solution and used it for evaluation of the solution. In this paper, a quantitative absorption spectrum measurement and a time-resolved injection measurement of Cu(I) concentrations by a color reaction are described. This procedure is effective as a method to reproduce and elucidate the phenomenon occurring in the plating bath in the laboratory. First, the formation and accumulation process of Cu(I) in solution by electrolysis of a plating solution is shown. The amount of Cu(I) in the solution is increased by electrolysis at higher current values &#8203;&#8203;than the usual plating process. For the determination of Cu(I), BCS (bathocuproinedisulfonic acid, disodium salt), a reagent that selectively reacts with Cu(I), is used. The concentration of Cu(I) can be calculated from the absorbance of the Cu(I)-BCS complex. Next, the time measurement of the color reaction is described. The color reaction curve of Cu(I) and BCS measured by the injection method can be decomposed into an instantaneous component and a delay component. By analysis of these components, the holding structure of Cu(I) can be clarified, and this information is important when predicting the quality of the plating film to be produced. This method is used to facilitate the evaluation of the plating bath in the production line.

Here, accumulation of cuprous ions in a copper sulfate plating solution in a model experiment and an analysis based on quantitative measurements are described. This experiment reproduces the accumulation process of cuprous ions in the plating bath.

Ansammlung und die Analyse der geladene Ionen in eine Kupfersulfat Plating-Lösung

Knowledge of the behavior of cuprous ions (monovalent copper ion: Cu(I)) in a copper sulfate plating bath is important for improving the plating process. ...

Analysis of Complex Molecules and Their Reactions on Surfaces by Means of Cluster-Induced Desorption/Ionization Mass Spectrometry

Desorption/Ionization Induced by Neutral SO2 Clusters (DINeC) is employed as a very soft and efficient desorption/ionization technique for mass spectrometry (MS) of complex molecules and their reactions on surfaces. DINeC is based on a beam of SO2 clusters impacting on the sample surface at low cluster energy. During cluster-surface impact, some of the surface molecules are desorbed and ionized via dissolvation in the impacting cluster; as a result of this dissolvation-mediated desorption mechanism, low cluster energy is sufficient and the desorption process is extremely soft. Both surface adsorbates and molecules of which the surface is composed of can be analyzed. Clear and fragmentation-free spectra from complex molecules such as peptides and proteins are obtained. DINeC does not require any special sample preparation, in particular no matrix has to be applied. The method yields quantitative information on the composition of the samples; molecules at a surface coverage as low as 0.1 % of a monolayer can be detected. Surface reactions such as H/D exchange or thermal decomposition can be observed in real-time and the kinetics of the reactions can be deduced. Using a pulsed nozzle for cluster beam generation, DINeC can be efficiently combined with ion trap mass spectrometry. The matrix-free and soft nature of the DINeC process in combination with the MSn capabilities of the ion trap allows for very detailed and unambiguous analysis of the chemical composition of complex organic samples and organic adsorbates on surfaces.

Neutral SO2 clusters of low kinetic energy (&#60; 0.8 eV/constituent) are used to desorb complex surface molecules such as peptides or lipids for further analysis by means of mass spectrometry using an ion trap mass spectrometer. No special sample preparation is required, and real-time observation of reactions is possible.