This work was sponsored by the Chemical Sciences, Geosciences and Biosciences Division, Office of Basic Energy Sciences, Office of Science, U.S. Department of Energy, grant no. DE-FG02-12ER16352. S.T.H. thanks the National Science Foundation for financial support through the National Science Foundation Graduate Research Fellowship under Grant No. 1122374.

1. Synthese von Glasverkapselte Monometallische oder Bimetall-Metalloxid-Nanopartikel <ol><li> Bereiten Sie die umgekehrte Mikroemulsion <ol><li> Werden 240 ml wasserfreies n-Heptan, um eine saubere, im Ofen getrockneten 1 l-Rundkolben (RBF) mit einem ofengetrockneten magnetischen Rührstab und mit einem sauberen, ofengetrocknet Meßzylinder. </li><li> Hinzuzufügen 54 ml Polyoxyethylen (4) laurylether zu dem n-Heptan unter konstantem Rühren. Hinweis: Wegen der hohen Viskosität und niedrigen Oberflächenspannung dieser Tensid sollte ein sauberer, trockener 60 ml-Spritze verwendet werden, um genaue Mengen anstelle einer Messzylinder erhalten. </li><li> In 7,8 ml ultrareinem, deionisiertem (DI) Wasser unter ständigem Rühren mit einer Pipette. Verschließen Sie den RBF mit einem Gummistopfen und Parafilm Wachs. Lassen Sie die RME mischen für mindestens 10 min. </li><li> Hinzufügen von 0,1 bis 0,5 ml analysenreinem NH 4 OH zu der Emulsion, wenn es gewünscht wird, um die Hydrolyse zu reduzieren. Hinweis: Einige Metallalkoxid Vorstufen hydrolysieren langsam bei neutralem pH. Lassen Sie die RME mischen für mindestens einen weiteren 10 Minuten nach der Zugabe von NH 4 OH. Als ein repräsentatives Beispiel, das Hinzufügen von 0,5 ml NH 4 OH für Synthesen mit Titan (IV) isopropoxid empfohlen. </li></ol></li><li> Vorbereitung einer Metallalkoxid-Vorläufer, Alkohol und n-Heptanlösung <ol><li> Schließen Sie eine saubere, ofengetrockneten 250-ml-Rundkolben in ein Schlenk-Linie und bündig mit Stickstoff. Alternativ legen Sie die saubere, ofengetrockneten 250-ml-Rundkolben in einer trockenen Stickstoffhandschuhfach. </li><li> In 12 ml von 5% w / v Wolfram isopropoxid (WIPO) in Isopropanol mit einem sauberen, trockenen Spritze. (IV) isopropoxid (TIIP) in dieser Stufe können auch andere Metallalkoxide, ebenfalls zugesetzt werden, wie beispielsweise Tantal (V) isopropoxid (Taipo), Molybdän (V) isopropoxid (MoIPO), Niob (V) isopropoxid (NbIPO), Titan, Nickel (II) Methoxyethoxid (NiMEO), Kobalt (II) isopropoxid (Coipo) usw. Anmerkung: Metallalkoxide können im Handel erworben oder durch Zugabe einer Anhydro synthetisierenuns Alkohols zum entsprechenden Metallchloridsalz mit einem Schlenk Zeile wie an anderer Stelle beschrieben. (Achtung: Metallalkoxid Synthese aus den Metallchlorid Mitteilungen gasförmigem HCl und muss in einem gut gelüfteten Abzug durchgeführt werden) 27 </li><li> Mit einem sauberen, ofengetrockneten Kanüle übertragen 120 ml wasserfreies n-Heptan, zu dem 250 ml Rundkolben, der das Metall-Alkoxid-Lösung </li></ol></li><li> Mit einem sauberen, ofengetrockneten Kanüle übertragen die Metallalkoxid-Alkohol-n-Heptan-Lösung in den RME unter konstantem Rühren über den Zeitraum von 10 min. Anmerkung: Für Metallalkoxide, die heftig mit Wasser reagieren, wie Tellur (IV) isopropoxid, wird ein viel langsamer tropfenweise Zugabegeschwindigkeit erforderlich. Die endgültige Lösung sollte optisch klar, unabhängig von der Metallalkoxid-Vorstufe verwendet werden, können aber in verschiedenen Farben je nach Metallalkoxide verwendet und deren Oxidationsstufen sein. Wir bemerken, dass, ob die Emulsion transparent oder durchscheinend ist, von der Teilchengröße abhängigwährend die Farbe ist abhängig von Metalloxidationszustand. </li><li> Nach 4 Stunden mit einem sauberen, trockenen Spritze 1,4 ml analysenreinem NH 4 OH in die Lösung tropfenweise zu injizieren. Dann, mit einem anderen sauberen, trockenen Spritze injizieren 1,2 ml analysenreinem Tetraethylorthosilikat (TEOS) tropft. Anmerkung: Natriumhydroxid (NaOH) sollte nicht verwendet werden, da es zu einer Verdichtung der Kieselsäure-Schalen während der Karburierung / Nitrierung führen und in Natrium-Verunreinigungen in dem Gitter der endgültigen Nanopartikel werden. Rest NH4OH dagegen günstig zersetzt während den Wärmebehandlungen. </li><li> Nach 16,5 Stunden, entfernen Sie den Gummistopfen und mit einem sauberen, trockenen Messzylinder 300 ml Methanol zu der Lösung unter ständigem Rühren hinzufügen. </li><li> Nach 10 min Rühren, entfernen Sie den Rührstab und lassen Sie die Lösung zu begleichen. Hinweis: ein Heptan-reiche obere Phase und eine Methanol-reiche untere Phase: Es wird zwei flüssige Phasen vorliegen. Die Kieselsäure eingekapselten Metall oxid Nanopartikeln als SiO 2 / MO x bezeichnet wird dem Boden des Kolbens aus der unteren Phase sedimentieren. </li><li> Nach 1 Stunde dekantieren die flüssigen Phasen in eine organische Abfallbehälter zu sammeln und das Festphasen SiO 2 / MO x in sauberen 50 ml Zentrifugenröhrchen. Hinweis: Wenn Polypropylen oder Polystyrol-Zentrifugenröhrchen verwendet werden, das Fällungsmittel nicht langfristig in diesem Zustand gespeichert, wie das restliche Heptan werden langsam auflösen Zentrifugenröhrchens, so dass es sich zu verlängern werden. Ferner kann Rest-NH 4 OH und das TEOS SiO 2 zu veranlassen, weiterhin über das erwünscht war wachsen. </li><li> Centrifuge das SiO 2 / MO x Phase bei 2.056 xg für 5 min, dann dekantieren Sie den Überstand in ein organisches Abfallbehälter. </li><li> Hinzufügen 10-30 ml Aceton auf jeweils 50 ml-Zentrifugenrohr und Dispergieren des Pulvers in das Aceton durch Schütteln oder Ultraschallbehandlung. Dies hilft, überschüssiges Tensid vor der Calcinierung. </li><li> Centrifuge das SiO 2 / MO x und Aceton Mischung bei 4.626 × g für 10 min und dann dekantiert in einem organischen Abfallbehälter. Damit das SiO 2 / MO x Gel über Nacht trocknen. </li></ol> 2. Wärmebehandlung des synthetisierten Pulver Caution Statement: Wasserstoff, Methan und Ammoniak-Gas sind extrem leicht entflammbar. Ammoniakgas ist giftig. Eine gründliche Leckprüfung sollte vor allen Wärmebehandlungen durchgeführt werden, und die Behandlungen sollten in Quarz-Rohrofen in einem gut belüfteten Laborabzug mit einer Ölwaschflasche am Gasaustritt gehalten durchgeführt werden. Alle Gasflaschen sollten mit Flammensperren ausgestattet und weg von dem Ofen gelagert werden. Sofern dies gesetzlich vorgeschrieben oder institutionellen Regelungen erforderlich ist, sollte überschüssiges Ammoniakgas durch ein großes Volumen von Wasser sprudelte und entweder verworfen als Basis Abfall oder auf pH 7 Ammoniumchlorid-Lösung mit HCl neutralisiert. <ol><li> Kalzinieren des SiO 2 / MO x powder in der Luft <ol><li> Crush the getrocknete SiO 2 / MO x Gel zu einem feinen Pulver mit einem Glas Rührstab oder Mörser und Stößel. Setzen Sie das Pulver in Aluminiumoxidtiegel Boote und Last in einen Quarzrohrofen. </li><li> Verwendung eines 2 ° C / min Heizrate, kalzinieren SiO 2 / MO x Pulver unter 100 sccm von Luft bei 450 ° C für 1 Stunde. Dies entfernt jegliche restliche Tensid und erhöht auch die Mikroporosität der Silicat-Schalen. Nachdem der Ofen abgekühlt ist, entfernen Sie die kalzinierten SiO 2 / MO x Pulver und lagern in den Umgebungsbedingungen. </li></ol></li><li> Aufkohlung des SiO 2 / MO x Pulver in einer Methan / Wasserstoff-Atmosphäre <ol><li> Laden Sie den kalzinierten SiO 2 / MO x-Pulver in eine unglasierte Aluminiumoxidtiegel Boot und in einen Quarzrohrofen. Spülen Quarzröhrenofen mit Stickstoff für mindestens 30 min, um Sauerstoff zu entfernen. Führen Sie eine Dichtheitsprüfung durch Spritzen alle Gelenke mit Seifenwasser. </li><li> Mit einem2 ° C / min Heizrate, Karburieren das SiO 2 / MO x Pulver unter 120 sccm Wasserstoff und 33 sccm Methan bei 850 ° C für 4 h auf SiO 2 / MC x bilden. </li><li> Nach 4 Stunden, stoppen Sie die Strömung von Methan und halten das Pulver bei 850 ° C für 1 h in nur 120 sccm Wasserstoff, um überschüssiges Oberflächenkohlen abzufangen. </li><li> Ermöglicht der Ofen langsam auf Raumtemperatur abkühlen gelassen unter 120 sccm Wasserstoff. Dann spülen Sie den Ofen mit Stickstoff für mindestens 30 min, um Wasserstoff zu entfernen. </li><li> Fließen 95 sccm aus Stickstoff und 5 sccm von Luft über das Pulver 3 h, um die Carbide langsam zu passivieren, bevor Kontakt mit Luft. </li><li> Entfernen Sie das SiO 2 / MC x-Pulver aus dem Ofen und an einem Vakuumexsikkator oder in einer trockenen Stickstoffhandschuhfach, um langfristige Groß Oxidation der Metallhartmetall-Nanopartikel in der Luft zu verhindern. </li></ol></li><li> Nitrierung des SiO 2 / MO x Pulver in einer Ammoniakatmosphäre <ol><li> Load der kalzinierte SiO 2 / MO x Pulver in einen Aluminiumoxidtiegel Boot und in einen Quarzröhrenofen. </li><li> Spülen Quarzröhrenofen mit Stickstoff für mindestens 30 min, um Sauerstoff zu entfernen. </li><li> Verwendung eines 2 ° C / min Heizrate, nitridize das SiO 2 / MO x Pulver unter 100 sccm Ammoniak bei 800 ° C für 4 h auf SiO 2 / MN x bilden. </li><li> Ermöglicht der Ofen langsam auf Raumtemperatur abkühlen. Dann spülen Sie den Ofen mit Stickstoff für mindestens 30 min, um Ammoniak zu entfernen. </li><li> Fließen 95 sccm aus Stickstoff und 5 sccm von Luft über das Pulver 3 h, um die Nitride langsam zu passivieren, bevor Kontakt mit Luft. </li><li> Entfernen des SiO 2 / MN x Pulver aus dem Ofen und Speicher in einem Vakuumexsikkator oder in einer trockenen Stickstoffhandschuhkasten, um langfristige Massenoxidation der Metallnitrid-Nanopartikel in Luft zu verhindern. </li></ol></li></ol> 3. Entfernen Sie die Silica Muscheln und Unterstützung bei der NanoPartikel Caution Statement: Ammoniumbifluorid (ABF) ist hochgiftig. Es sollte nur in einem gut belüfteten Laborabzug mit richtige persönliche Schutzausrüstung, einschließlich Butyl-Gummihandschuhe, Gesichtsschutz und einem HF-resistenten Laborkittel mit HF-resistente Ärmeln behandelt werden. Glas und Metall Laborgeräte sollten nie beim Umgang mit ABF verwendet werden. <ol><li> Silica Auflösung in Ammoniumbifluorid für säurestabile Metall Carbide und Nitride (zB WC und W 2 N) <ol><li> Man wiegt 200 mg SiO 2 / MC x oder SiO 2 / MN x und in einem 30 ml Polypropylen verschließbaren Behälter gegeben mit einer teflonbeschichteten magnetischen Rührstab. </li><li> Wenn es gewünscht wird, unterstützen die Nanopartikel auf einer Fläche Katalysatorträger mit hoher Oberfläche, wie beispielsweise Ruß oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, wiegen das Material und es in die verschließbaren Polypropylenbehälter hinzuzufügen. Anmerkung: Die Masse eingewogen wird von der gewünschten Beladung der Nanopartikel auf th abhängte-Support. Für Katalysatorträger, die nicht in ABF stabil sind, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, kann der Träger zugegeben wird, nachdem das Siliziumdioxid entfernt wurde und das ABF neutralisiert wird. Wenn keine Unterstützung hinzugefügt wird, wird eine Nanodispersion erhalten werden. </li><li> 20 ml Reinstwasser VE-Wasser und beginnen Mischen, um eine Suspension zu bilden. Alternativ 20 ml vorgefertigten 20 Gew% ABF-Lösung. </li><li> Man wiegt 5 g ABF und dann zu der gerührten Mischung hinzufügen. Einmal aufgenommen, Siegel der Polypropylenbehälter. Anmerkung: Die Auflösung des ABF in Wasser ist endotherm, so dass die Temperatur der Lösung sinkt. </li><li> Um eine vollständige Auflösung des Siliciumdioxids und eine gute Verteilung der Nanopartikel auf dem Katalysatorträger zu gewährleisten, Die Reaktion nach 16 h durch Zugabe von analysenreinem NH 4 OH tropfenweise zu der ABF-Lösung auf pH 6-7 zu neutralisieren. Vorsicht: Diese Reaktion ist exotherm. </li><li> Entleeren der neutralisierten Mischung in ein Zentrifugenröhrchen und Zentrifugieren bei 2.056 × g für 10 min. </li><li> Leeren Sie den supernatant in eine alkalische Abfallbehälter (um vollständige Neutralisation zu gewährleisten) und Redispergieren des Katalysatorpulvers in 20 ml ultrareinem deionisiertem Wasser. </li><li> Zentrifuge bei 4626 × g für 10 min, den Überstand verwerfen, und führen Sie einen abschließenden 20 ml VE-Wasser spülen. Bis zu 12.850 xg kann für nicht unterstützte Nanopartikel erforderlich. </li><li> Trocknen des Pulvers unter Vakuum und dann in einem Vakuumexsikkator oder einer trockenen Stickstoffhandschuhkasten, um langfristige Massenoxidation der Metall Carbid oder Nitrid Nanopartikel verhindern speichern. </li></ol></li><li> Silica Auflösung in Natriumhydroxid Alkaline-Stable Carbide und Nitride (zB TaC und Ta 3 N 5) <ol><li> Man wiegt 200 mg SiO 2 / MC x oder SiO 2 / MN x und in einem 50 ml Glas RBF legte mit einem magnetischen Rührstab. Abwiegen und fügen Sie einen Katalysatorträger, falls gewünscht. </li><li> 30 ml von mindestens 0,1 M wässriger NaOH-Lösung. Bringen Sie einen Kondensator zum RBF oder Dichtung mit einem Gummistopfen und Parafilm Wachs. </li><li> Hitze bei 60 ° C unter konstantem Rühren für 16 Stunden. Nach dem Abkühlen Zentrifuge die Lösung bei 2056 × g für 10 min. </li><li> Leeren Sie den Überstand in einer alkalischen Abfallbehälter und redispergieren des Katalysatorpulvers in 20 ml Reinstwasser VE-Wasser. </li><li> Zentrifuge bei 4626 × g für 10 min, den Überstand verwerfen, und führen Sie einen abschließenden 20 ml VE-Wasser spülen. Bis zu 12.850 xg kann für nicht unterstützte Nanopartikel erforderlich. </li><li> Trocknen des Pulvers unter Vakuum und dann in einem Vakuumexsikkator oder einer trockenen Stickstoffhandschuhkasten, um langfristige Massenoxidation der Metall Carbid oder Nitrid Nanopartikel verhindern speichern. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Ein Verfahren zur Synthese von nicht-gesinterten, metallterminierten Übergangsmetallcarbid und Nitrid-Nanopartikel mit abstimmbaren Größen und Struktur wird hier vorgestellt 26 Kritische Schritte des Verfahrens umfassen:. Verwendung einer feuchtigkeitsfreien RBF des verdünnten Metallalkoxid-Vorstufe enthalten, die Vermeidung Alkalimetall- Verunreinigungen während aller Schritte, Ausfällen des RME mit überschüssigem Methanol im Gegensatz zu Aceton oder Isopropanol, die Durchführung eines korrekten Lec...

Frühen Übergangsmetallcarbide (TMCs) sind kostengünstige, erde reichen Materialien, die eine hohe thermische und elektrochemische Stabilität sowie einzigartige katalytische Aktivitäten aufweisen. 1-3 Insbesondere Wolframcarbid (WC) und Molybdäncarbid (Mo 2 C) wurde ausgiebig auf ihre katalytische Ähnlichkeiten mit der Platingruppenmetalle (PGM). 4,5 Aufgrund dieser günstigen Eigenschaften studiert haben TMCs als Kandidaten für den Ersatz teurer PGM-Katalysatoren in den Schwellen erneuerbaren Energietechnologien, wie beispielsweise die Umwandlung von Biomasse, Brennstoffzellen identifiziert worden, und Elektrolyseuren. 6,7 Um die katalytische Aktivität zu maximieren, werden handelsübliche Katalysatoren fast immer als ultra Nanopartikel (Durchmesser &lt;10 nm) auf einem Träger mit hoher Oberfläche dispergiert sind, wie beispielsweise Ruß formuliert. 8 ist die Synthese TMCS erfordert jedoch Temperaturen von mehr als ~ 700 ° C. Dies führt zu umfangreichen Sintern des nanoparticles (NPS), überschüssiges Oberflächenkohlenstoffabscheidung (Koks), und thermische Unterstützung Abbau. Beide Partikel Sintern und Support-Abbau führen zu verringerten Materialoberflächen. Überschüssige Oberflächenverunreinigungsablagerung blockiert aktiven Metallzentren, die gezeigt worden ist, um stark zu reduzieren oder in einigen Fällen die katalytische Aktivität der Geschäftsreisebüros. 9,10 Als solche vollständig zu beseitigen, ist die grundlegende Studie über TMC Reaktivität überwiegend auf Großmikropartikel oder dünne Filme mit geführt fein gesteuert Flächen und nicht auf hohe Oberfläche TMC Nanomaterialien. Viele Verfahren sind entwickelt worden, um den TMC-Nanopartikel zu synthetisieren, jedoch sind diese Verfahren für die Synthese katalytisch aktive TMC NPs sind es nicht. Traditionelle Nassimprägnierung Techniken verwenden, Metallsalzlösungen auf einem Träger mit großer Oberfläche imprägniert. Beim Erhitzen können Nassimprägnierungsverfahren des Katalysatorträgers zu destruktiven Karburierungsbedingungen was zu einer Verschlechterung Unterstützung aussetzen. Weiterhin Sinter ceine nur bei niedrigen Beladungen Gewichts-% des Metalls auf dem Träger verringert werden, und es ist auch nicht möglich, nicht unterstützte TMC Nanopulver zu synthetisieren unter Verwendung von Nassimprägnierung. Mehrere neuere Verfahren das Vermischen eines Metallvorläufers mit einem Kohlenstoffvorläufer und Anwendung konventionellen und unkonventionellen Heiztechniken. 11-18 überschüssige Kohlenstoff wird verwendet, um das Sintern zu verhindern, aber das überschüssige Kohlenstoff führt zu umfangreichen Randkohlenstoff, so dass diese Materialien nicht für katalytische Anwendungen geeignet. Aufgrund dieser synthetischen Herausforderungen haben THZ traditionell als Cokatalysatoren 11 PGMs sucht wurde, Katalysatorträger für PGMs, 19-22 oder Träger für die aktive PGM Monoschichten 23-25. Das hier vorgestellte Verfahren bietet die Möglichkeit, sowohl nicht-gesinterten synthetisieren und Metall-termini TMC-Nanopartikel als auch Übergangsmetall-Nitrid (TMN) NPs mit einstellbaren Größen kristalline Phasen und metallische Zusammensetzung. 26. Die Methode dargestellt bietet auch die ABility TMC oder TMN Nanodispersionen zu erhalten, oder hinterlegen die TMC und TMN-Nanopartikel auf einem hohen Oberfläche Katalysatorträger bei Raumtemperatur, wodurch die thermische Unterstützung Abbau Minderung. Diese Methode eignet sich daher für eigenständige katalytische Anwendungen von TMC und TMN-Nanopartikel, die Entwicklung fortschrittlicher multi TMC und TMN-Nanopartikel oder andere Anwendungen, die fein gesteuerten Teilchengrößen und Oberflächen 26. Die hier vorgestellte Methode verwendet einen Drei-Stufen-Protokoll, um TMC und TMN-Nanopartikel zu synthetisieren. Im ersten Schritt wird eine Umkehrmikroemulsion (RME) zu beschichten frühes Übergangsmetall-Oxid (TMO) NPs in Nanokugeln aus Glas verwendet. Die Emulsion wird durch Dispergieren von Wassertröpfchen in einem nicht-polaren Medium unter Verwendung einer kommerziellen nichtionischen Tensids hergestellt. Die Kieselsäure eingekapselten TMO-Nanopartikel werden dann entweder Aufkohlen oder nitridizing Wärmebehandlungen unterworfen. Hier verhindert der Silicateilchen Sintern bei hohen Temperaturen, während es den reaktiven Gasen zu t diffundierener TMO-Nanopartikel und wandeln sie in TMC oder TMN-Nanopartikel. Im letzten Schritt werden die Kieselschalen entweder mit sauren oder alkalischen Behandlung zu TMC oder TMN-Nanodispersionen, die auf einem Träger mit hoher Oberfläche dispergiert werden können, wie beispielsweise Ruß zu erhalten.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0">
	<tbody>
		<tr>
			<td>n-heptane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>246654</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>polyoxyethylene (4) lauryl ether</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>235989</td>
			<td>Brij&#174; L4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tungsten (VI) isopropoxide</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>40247</td>
			<td>W(VI)IPO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tungsten (VI) chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/241911?lang=en&amp;region=US">241911</a></td>
			<td>To prepare W(VI)IPO, homemade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tungsten (IV) chloride</td>
			<td>Strem Chemicals</td>
			<td>74-2348</td>
			<td>To prepare W(IV)IPO, homemade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tantalum (V) isopropoxide</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td><a href="http://www.alfa.com/en/catalog/40038">40038</a></td>
			<td>Ta(V)IPO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>niobium (V) isopropoxide</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td><a href="http://www.alfa.com/en/catalog/36572">36572</a></td>
			<td>Nb(V)IPO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>nickel (II) methoxyethoxide</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>42377</td>
			<td>Ni(II)MEO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>titanium (IV) isopropoxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/87560?lang=en&amp;region=US">87560</a></td>
			<td>Ti(IV)IPO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>molybdenum (V) isopropoxide</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td><a href="http://www.alfa.com/en/catalog/39159">39159</a></td>
			<td>Mo(V)IPO</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>molybdenum (V) chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/208353?lang=en&amp;region=US">208353</a></td>
			<td>To prepare Mo(V)IPO, homemade</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>tetraethyl orthosilicate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>333859</td>
			<td>TEOS</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ammonium hydroxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>320145</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>methanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>34860</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>anhydrous isopropanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td><a href="http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/278475?lang=en&amp;region=US">278475</a></td>
			<td>To prepare homemade alkoxides</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ammonium bifluoride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>224820</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>carbon black</td>
			<td>Cabot Corp.</td>
			<td>Vulcan&#174; XC72R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methane</td>
			<td>AirGas</td>
			<td>ME R300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hydrogen</td>
			<td>AirGas</td>
			<td>HY UHP300</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ammonia</td>
			<td>AirGas</td>
			<td>AM AH80N705</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Quartz Tube Furnace</td>
			<td>MTI Corp.</td>
			<td>OTF-1200X-S-UL</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

reverse microemulsion-mediated synthesis of monometallic and bimetallic early transition metal carbide and nitride nanoparticles

Ein Reverse-Mikroemulsion wird verwendet, um mono oder Bimetall frühes Übergangsmetall-Nanopartikel in mikroporösen Silikatschalen kapseln. Die Glasverkapselte Metalloxid-Nanopartikel werden dann in einer Methan / Wasserstoff-Atmosphäre bei Temperaturen über 800 ° C aufgekohlt, um Glasverkapselte frühen Übergangsmetallcarbid-Nanopartikel zu bilden. Während der Aufkohlungsprozeß verhindern die Kieselschalen der Sinter benachbarter Hartmetall-Nanopartikel aber auch die Ablagerung von überschüssigem Oberflächenkohlen verhindern. Alternativ können die Glasverkapselte Metalloxid-Nanopartikel in einer Ammoniakatmosphäre bei Temperaturen über 800 ° C nitridiert werden Glasverkapselte frühes Übergangsmetall-Nitrid-Nanopartikel zu bilden. Durch Einstellen der Umkehrmikroemulsion Parameter die Dicke der Silikatschale und der Aufkohlung / Nitridierung Bedingungen sind die Übergangsmetall-Carbid oder Nitrid-Nanopartikel können auf verschiedene Größen, Zusammensetzungen ein abgestimmtnd Kristallphasen. Nach der Aufkohlung oder Nitrierung werden die Kieselschalen dann entweder bei Raumtemperatur eine wässrige Lösung Ammoniumbifluorid oder einer 0,1 bis 0,5 M NaOH-Lösung bei 40-60 ° C entfernt. Während die Kieselsäure Schalen Auflösen eine hohe Flächenauflagefläche, wie beispielsweise Ruß, kann zu diesen Lösungen zugegeben werden, um gelagert frühen Übergangsmetallcarbid oder -nitrid-Nanopartikel zu erhalten. Wenn kein Träger mit hoher Oberfläche zugegeben wird, dann können die Nanoteilchen als Nanodispersion gelagert oder zentrifugiert, um ein Nanopulver erhalten.

Im ersten Schritt des Protokolls ist es das Ziel, den mono oder Bimetall-Übergangsmetall-Oxid (TMO) NPs im mikroporösen Silica-Kügelchen einzukapseln. 1 zeigt Bilder repräsentative Synthesen vor und nach Fällung mit Methanol aufgenommen. Zwei reproduzierbare morphologische Verläufe wurden bei diesem Schritt, dass abhängig von den in der Synthese verwendeten Metalle zu sein scheinen, festgestellt: Die TMO NPs können einzeln mit einem Siliciumdioxid Kugel (2b) oder mehrere TMO NPs...

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Reverse Microemulsion-mediated Synthesis of Monometallic and Bimetallic Early Transition Metal Carbide and Nitride Nanoparticles

A &#8220;removable ceramic coating method&#8221; is presented in visual format for the synthesis of non-sintered and metal-terminated monometallic and bimetallic early transition metal carbide and nitride nanoparticles with tunable sizes and crystal structures.

Umkehrmikroemulsion-vermittelte Synthese von Monometallische und Bimetall frühes Übergangsmetall Carbide und Nitride Nanopartikel

A reverse microemulsion is used to encapsulate monometallic or bimetallic early transition metal oxide nanoparticles in microporous silica shells. The ...

reverse-microemulsion-mediated-synthesis-monometallic-bimetallic

Research

JoVE Journal

Chemistry

10.7K Aufrufe.  Massachusetts Institute of Technology. A “removable ceramic coating method” is presented in visual format for the synthesis of non-sintered and metal-terminated monometallic and bimetallic early transition metal carbide and nitride nanoparticles with tunable sizes and crystal structures.

Serie: Reverse Microemulsion-mediated Synthesis of Monometallic and Bimetallic Early Transition Metal Carbide and Nitride Nanoparticles

Anticancer Metal Complexes: Synthesis and Cytotoxicity Evaluation by the MTT Assay

Titanium (IV) and vanadium (V) complexes are highly potent anticancer agents. A challenge in their synthesis refers to their hydrolytic instability; therefore their preparation should be conducted under an inert atmosphere. Evaluation of the anticancer activity of these complexes can be achieved by the MTT assay.
The MTT assay is a colorimetric viability assay based on enzymatic reduction of the MTT molecule to formazan when it is exposed to viable cells. The outcome of the reduction is a color change of the MTT molecule. Absorbance measurements relative to a control determine the percentage of remaining viable cancer cells following their treatment with varying concentrations of a tested compound, which is translated to the compound anticancer activity and its IC50 values. The MTT assay is widely common in cytotoxicity studies due to its accuracy, rapidity, and relative simplicity.
Herein we present a detailed protocol for the synthesis of air sensitive metal based drugs and cell viability measurements, including preparation of the cell plates, incubation of the compounds with the cells, viability measurements using the MTT assay, and determination of IC50 values.

A method for synthesis of air-sensitive titanium and vanadium anticancer agents is described, along with the evaluation of their cytotoxic activity towards human cancer cell line by the MTT Assay.

Anti-Krebs-Metall-Komplexe: Synthese und Zytotoxizität Bewertung durch die MTT-Assay

Titanium (IV) and vanadium (V) complexes are highly potent anticancer agents. A challenge in their synthesis refers to their hydrolytic instability; ...

Forschung

Chemie

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and technological applications. Their signature property is their ultrahigh porosity, which however imparts a series of challenges when it comes to both constructing them and working with them. Securing desired MOF chemical and physical functionality by linker/node assembly into a highly porous framework of choice can pose difficulties, as less porous and more thermodynamically stable congeners (e.g., other crystalline polymorphs, catenated analogues) are often preferentially obtained by conventional synthesis methods. Once the desired product is obtained, its characterization often requires specialized techniques that address complications potentially arising from, for example, guest-molecule loss or preferential orientation of microcrystallites. Finally, accessing the large voids inside the MOFs for use in applications that involve gases can be problematic, as frameworks may be subject to collapse during removal of solvent molecules (remnants of solvothermal synthesis). In this paper, we describe synthesis and characterization methods routinely utilized in our lab either to solve or circumvent these issues. The methods include solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries, and materials activation (cavity evacuation) by supercritical CO2 drying. Finally, we provide a protocol for determining a suitable pressure region for applying the Brunauer-Emmett-Teller analysis to nitrogen isotherms, so as to estimate surface area of MOFs with good accuracy.

Synthesis, activation, and characterization of intentionally designed metal-organic framework materials is challenging, especially when building blocks are incompatible or unwanted polymorphs are thermodynamically favored over desired forms. We describe how applications of solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries and activation via supercritical CO2 drying, can address some of these challenges.

Synthese und Charakterisierung von funktionalisierten Metall-organische Gerüste

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and ...

Metal-free Synthesis of Ynones from Acyl Chlorides and Potassium Alkynyltrifluoroborate Salts

Ynones are a valuable functional group and building block in organic synthesis. Ynones serve as a precursor to many important organic functional groups and scaffolds. Traditional methods for the preparation of ynones are associated with drawbacks including harsh conditions, multiple purification steps, and the presence of unwanted byproducts. An alternative method for the straightforward preparation of ynones from acyl chlorides and potassium alkynyltrifluoroborate salts is described herein. The adoption of organotrifluoroborate salts as an alternative to organometallic reagents for the formation of new carbon-carbon bonds has a number of advantages. Potassium organotrifluoroborate salts are shelf stable, have good functional group tolerance, low toxicity, and a wide variety are straightforward to prepare. The title reaction proceeds rapidly at ambient temperature in the presence of a Lewis acid without the exclusion of air and moisture. Fair to excellent yields may be obtained via reaction of various aryl and alkyl acid chlorides with alkynyltrifluoroborate salts in the presence of boron trichloride.

The goal of this manuscript is to demonstrate a straightforward method for the preparation of ynones from acyl chloride and potassium alkynyltrifluoroborate salt starting materials. The one-pot reaction proceeds rapidly in the presence of boron trichloride without exclusion of air and moisture.

Metallfreie Synthese von Inonen von Acylchloriden und Kalium Alkynyltrifluoroborate Salze

Ynones are a valuable functional group and building block in organic synthesis. Ynones serve as a precursor to many important organic functional groups ...

Synthesis, Characterization, and Functionalization of Hybrid Au/CdS and Au/ZnS Core/Shell Nanoparticles

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large extinction coefficients which can be tuned across the visible spectrum. Research into the plasmonic enhancement of optical transitions has become popular, due to the possibility of altering and in some cases improving photo-absorption or emission properties of nearby chromophores such as molecular dyes or quantum dots. The electric field of the plasmon can couple with the excitation dipole of a chromophore, perturbing the electronic states involved in the transition and leading to increased absorption and emission rates. These enhancements can also be negated at close distances by energy transfer mechanism, making the spatial arrangement of the two species critical. Ultimately, enhancement of light harvesting efficiency in plasmonic solar cells could lead to thinner and, therefore, lower cost devices. The development of hybrid core/shell particles could offer a solution to this issue. The addition of a dielectric spacer between a gold nanoparticles and a chromophore is the proposed method to control the exciton plasmon coupling strength and thereby balance losses with the plasmonic gains. A detailed procedure for the coating of gold nanoparticles with CdS and ZnS semiconductor shells is presented. The nanoparticles show high uniformity with size control in both the core gold particles and shell species allowing for a more accurate investigation into the plasmonic enhancement of external chromophores.

The synthesis of uniform gold nanoparticles coated with semiconductor shells of CdS or ZnS is performed. The semiconductor coating is conducted by first depositing a silver sulfide shell and exchanging the silver cations for zinc or cadmium cations.

Synthese, Charakterisierung und Funktionalisierung von Hybrid Au / CdS und Au / ZnS Kern / Schale-Nanopartikel

Plasmonic nanoparticles are an attractive material for light harvesting applications due to their easily modified surface, high surface area and large ...

Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

This protocol presents both the synthesis method of the Ni single atom catalyst, and the electrochemical testing of its catalytic activity and selectivity in aqueous CO2 reduction. Different from traditional metal nanocrystals, the synthesis of metal single atoms involves a matrix material that can confine those single atoms and prevent them from aggregation. We report an electrospinning and thermal annealing method to prepare Ni single atoms dispersed and coordinated in a graphene shell, as active centers for CO2 reduction to CO. During the synthesis, N dopants play a critical role in generating graphene vacancies to trap Ni atoms. Aberration-corrected scanning transmission electron microscopy and three-dimensional atom probe tomography were employed to identify the single Ni atomic sites in graphene vacancies. Detailed setup of electrochemical CO2 reduction apparatus coupled with an on-line gas chromatography is also demonstrated. Compared to metallic Ni, Ni single atom catalyst exhibit dramatically improved CO2 reduction and suppressed H2 evolution side reaction.

Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

Here, we present a protocol for the synthesis and electrochemical testing of transition metal single atoms coordinated in graphene vacancies as active centers for selective carbon dioxide reduction to carbon monoxide in aqueous solutions.

Synthese und Performance Charakterisierungen von Übergangsmetall Einzelatom Katalysator für elektrochemische CO2 -Reduktion

This protocol presents both the synthesis method of the Ni single atom catalyst, and the electrochemical testing of its catalytic activity and selectivity ...

Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles

The size, size distribution and stability of colloidal nanoparticles are greatly affected by the presence of capping ligands. Despite the key contribution of capping ligands during the synthesis reaction, their role in regulating the nucleation and growth rates of colloidal nanoparticles is not well understood. In this work, we demonstrate a mechanistic investigation of the role of trioctylphosphine (TOP) in Pd nanoparticles in different solvents (toluene and pyridine) using in situ SAXS and ligand-based kinetic modeling. Our results under different synthetic conditions reveal the overlap of nucleation and growth of Pd nanoparticles during the reaction, which contradicts the LaMer-type nucleation and growth model. The model accounts for the kinetics of Pd-TOP binding for both, the precursor and the particle surface, which is essential to capture the size evolution as well as the concentration of particles in situ. In addition, we illustrate the predictive power of our ligand-based model through designing the synthetic conditions to obtain nanoparticles with desired sizes. The proposed methodology can be applied to other synthesis systems and therefore serves as an effective strategy for predictive synthesis of colloidal nanoparticles.

The main goal of this work is to elucidate the role of capping agents in regulating the size of palladium nanoparticles by combining in situ small angle x-ray scattering (SAXS) and ligand-based kinetic modeling.

Liganden-vermittelten Keimbildung und das Wachstum von Palladium Metall-Nanopartikeln

The size, size distribution and stability of colloidal nanoparticles are greatly affected by the presence of capping ligands. Despite the key contribution ...

Synthesis of Bimetallic Pt/Sn-based Nanoparticles in Ionic Liquids

We demonstrate a method for the synthesis of bimetallic nanoparticles consisting of Pt and Sn. A synthesis strategy is used in which the particular physico-chemical properties of ionic liquids (ILs) are exploited to control both nucleation and growth processes. The nanoparticles form colloidal sols of very high colloidal stability in the IL, which is particularly interesting in view of their use as quasi-homogeneous catalysts. Procedures for both nanoparticle extraction in conventional solvents and for nanoparticle precipitation are presented. The size, structure and composition of the synthesized nanocrystals are confirmed using inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES), X-ray diffraction analysis (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). By this, we show that the nanocrystals are random-type alloy and of small (2-3 nm) size. The catalytic activity and selectivity in the hydrogenation of &#945;,&#946;-unsaturated aldehydes is tested in a semi-continuous batch-type reactor. In this context, the bimetallic Pt/Sn-based nanoparticles reveal a high selectivity towards the unsaturated alcohol.

A protocol for the synthesis of bimetallic nanoparticles in ionic liquids and the procedure of their catalytic testing in the selective hydrogenation of unsaturated aldehydes are described.

Synthese von Bimetall Pt/Sn-basierte Nanopartikel in ionischen Flüssigkeiten

We demonstrate a method for the synthesis of bimetallic nanoparticles consisting of Pt and Sn. A synthesis strategy is used in which the particular ...

Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. Here, we introduce the molten-salt synthesis (MSS) method for making metal oxide nanomaterials. Advantages over other methods include its simplicity, greenness, reliability, scalability, and generalizability. Using pyrochlore lanthanum hafnium oxide (La2Hf2O7) as a representative, we describe the MSS protocol for the successful synthesis of complex metal oxide nanoparticles (NPs). Furthermore, this method has the unique ability to produce NPs with different material features by changing various synthesis parameters such as pH, temperature, duration, and post-annealing. By fine-tuning these parameters, we are able to synthesize highly uniform, non-agglomerated, and highly crystalline NPs. As a specific example, we vary the particle size of the La2Hf2O7&#160;NPs by changing the concentration of the ammonium hydroxide solution used in the MSS process, which allows us to further explore the effect of particle size on various properties. It is expected that the MSS method will become a more popular synthesis method for nanomaterials and more widely employed in the nanoscience and nanotechnology community in the upcoming years.

Here, we demonstrate a unique, relatively low-temperature, molten-salt synthesis method for preparing uniform complex metal oxide lanthanum hafnate nanoparticles.

Salzschmelze Synthese von komplexen Metall-Oxid-Nanopartikel

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. ...

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of their interactions with cell membranes, lipid bilayers, and viruses. The hydrophilic ligands make these particles colloidally stable in aqueous solutions and the combination with hydrophobic ligands creates an amphiphilic particle that can be loaded with hydrophobic drugs, fuse with the lipid membranes, and resist nonspecific protein adsorption. Many of these properties depend on nanoparticle size and the composition of the ligand shell. It is, therefore, crucial to have a reproducible synthetic method and reliable characterization techniques that allow the determination of nanoparticle properties and the ligand shell composition. Here, a one-phase chemical reduction, followed by a thorough purification to synthesize these nanoparticles with diameters below 5 nm, is presented. The ratio between the two ligands on the surface of the nanoparticle can be tuned through their stoichiometric ratio used during synthesis. We demonstrate how various routine techniques, such as transmission electron microscopy (TEM), nuclear magnetic resonance (NMR), thermogravimetric analysis (TGA), and ultraviolet-visible (UV-Vis) spectrometry, are combined to comprehensively characterize the physicochemical parameters of the nanoparticles.

Amphiphilic gold nanoparticles can be used in many biological applications. A protocol to synthesize gold nanoparticles coated by a binary mixture of ligands and a detailed characterization of these particles is presented.

Synthese und Charakterisierung von amphiphilen Gold-Nanopartikeln

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of ...

A Microwave-Assisted Direct Heteroarylation of Ketones Using Transition Metal Catalysis

Heteroarylation introduces heteroaryl fragments to organic molecules. Despite the numerous available reactions reported for arylation via transition metal catalysis, the literature on direct heteroarylation is scarce. The presence of heteroatoms such as nitrogen, sulfur and oxygen often make heteroarylation a challenging research field due to catalyst poisoning, product decomposition and the rest. This protocol details a highly efficient direct &#945;-C(sp3) heteroarylation of ketones under microwave irradiation. Key factors for successful heteroarylation include the use of XPhos Palladacycle Gen. 4 Catalyst, excess base to suppress side reactions and the high temperature and pressure achieved in a sealed reaction vial under microwave irradiation. The heteroarylation compounds prepared by this method were fully characterized by proton nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H NMR), carbon nuclear magnetic resonance spectroscopy (13C NMR) and high-resolution mass spectrometry (HRMS). This methodology has several advantages over literature precedents including broad substrate scope, rapid reaction time, greener procedure and operational simplicity by eliminating the preparation of intermediates such as silyl enol ether. Possible applications for this protocol include, but are not limited to, diversity-oriented synthesis for the discovery of biologically active small molecules, domino synthesis for the preparation of natural products and ligand development for new transition metal catalytic systems.

Heteroaryl compounds are important molecules utilized in organic synthesis, medicinal and biological chemistry. A microwave-assisted heteroarylation using palladium catalysis provides a rapid and efficient method to attach heteroaryl moieties directly to ketone substrates.

Eine Mikrowellen-unterstützte direkte Heteroarylation von Ketonen mit Übergangsmetallkatalyse

Heteroarylation introduces heteroaryl fragments to organic molecules. Despite the numerous available reactions reported for arylation via transition metal ...