Le soutien financier de la division des sciences chimiques de l&#39;Organisation néerlandaise pour la recherche scientifique (NWO-CW) dans le cadre du programme TOP est reconnu.

Sectorielle Ag | Formation ZnO nanofils en PCTE membranes 1. Membrane PCTE Préparation pour Templated électrodéposition <ol><li> Choisir une membrane de polycarbonate de piste gravée avec un diamètre de pore externe de 200 nm et une épaisseur de 6 um (figure 2a). Le diamètre de la membrane utilisée ici est de 25 mm. </li><li> Pulvérisation d&#39;une couche d&#39;or à l&#39;arrière de la membrane (Figure 2b). Dans ce cas, une pression de dépôt de 2 x 10 -2 mbar a été utilisé avec Ar comme gaz de pulvérisation cathodique. Utilisez un taux de dépôt lent de ~ 13 nm / min. NOTE: Cette Au couche sera utilisé comme contact électrique lors de l&#39;électrodéposition. </li><li> Utilisez du ruban adhésif double-face collante pour fixer une lame de verre de petite taille (1,4 x 2,1 cm) sur le dessus du côté revêtu d&#39;or de la membrane. Pour cela, placer quatre petites bandes de ruban adhésif double face le long des bords de la lame de verre (Figure 2c). REMARQUE: Assurez-vous que la membrane est aussi lisse que possible, sansdes plis ou des rides. Cette lame de verre est utilisé pour assurer l&#39;électrodéposition sélective à l&#39;intérieur des pores de la membrane. </li><li> Coller un petit morceau de ruban de cuivre sur la partie de la membrane qui sort de la lame de verre pour assurer la stabilité mécanique. Etant donné que la bande de cuivre est conducteur, la pince crocodile de l&#39;électrode de travail peut être fixée à la bande de cuivre. </li><li> Si nécessaire, améliorer l&#39;adhérence de la membrane sur la lame de verre en plaçant du ruban de téflon sur les bords. NOTE: Pour les dépôts à la température ambiante de l&#39;adhérence de ruban adhésif double face est généralement assez forte, mais à des températures élevées, il est recommandé d&#39;utiliser du ruban téflon ainsi. </li></ol> . 2 électrodéposition de Ag | ZnO nanofils <ol><li> Préparation du segment Ag <ol><li> Préparer une solution aqueuse contenant 0,20 M d&#39;AgNO 3 (1,70 g par 50 ml) et 0,10 MH 3 BO 3 (0,31 g par 50 ml). Ajuster le pH à 1,5 à l&#39;aide HNO 3. </li><li> Mettez le prêtmembrane avec une contre-électrode de Pt et une Ag / AgCl (KCl 3 M) l&#39;électrode de référence dans la solution sous forme préparée. </li><li> Appliquer un potentiel de 0,10 V par rapport à l&#39;électrode de référence Ag / AgCl pendant 30 sec (figures 2d et 2e). NOTE: Bien que tous les logiciels de potentiostat sera différent, tous les programmes doivent avoir des lignes d&#39;entrée comme &quot;set potentiel» et «durée», où ces valeurs peuvent être remplis po S&#39;il vous plaît se référer au manuel de potentiostat et inclus le logiciel pour plus de détails. </li><li> Prenez les électrodes de la solution et les rincer avec de l&#39;eau milli-Q. </li></ol></li><li> Préparation du segment de ZnO <ol><li> Préparer une solution aqueuse contenant 0,10 M de Zn (NO 3) 2 · 6H 2 O (1,49 g par 50 ml). </li><li> Chauffer la solution à 60 ° C en utilisant un bain d&#39;eau, et mettre la membrane contenant le segment d&#39;Ag avec une contre-électrode de Pt et une électrode de référence Ag / AgCl dans la solution chauffée. </li><li&gt; Appliquer un potentiel de -1,00 V vs l&#39;électrode de référence Ag / AgCl pour 20 min (figures 2d et 2e). NOTE: Bien que tous les programmes de potentiostat sera différent, tous devraient avoir des lignes d&#39;entrée comme &quot;set potentiel» et «durée», où ces valeurs peuvent être remplis po S&#39;il vous plaît se référer au manuel de potentiostat et inclus le logiciel pour plus de détails. </li><li> Prenez les électrodes de la solution et les rincer avec de l&#39;eau milli-Q. </li></ol></li><li> Répétez cette procédure 4x pour obtenir suffisamment de nanofils de signal significatif de la sonde H 2. </li></ol> 3. Extraction des nanofils et de transfert de solution aqueuse <ol><li> Couper la membrane contenant les nanofils de la lame de verre. </li><li> Transférer cette partie de la membrane dans un tube à centrifuger en polypropylène. </li><li> Ajouter ~ 2 ml de CH 2 Cl 2 pour dissoudre la membrane PCTE et libérer les nanofils dans la solution. Après ~ 30 min, la membranedevrait être complètement dissous (figures 2f et 2g). </li><li> Appliquez une petite goutte de la solution CH 2 Cl 2 contenant des nanofils sur une petite plaquette de silicium pour l&#39;analyse SEM. </li><li> Centrifuger la solution obtenue à ~ 19 000 g pendant 5 min, retirez l&#39;excédent CH 2 Cl 2, et ajouter CH frais 2 Cl 2. Répétez le processus au moins 3 fois pour s&#39;assurer que tout polycarbonate a été supprimé. </li><li> Après tout polycarbonate a été éliminée, ajouter de l&#39;eau milli-Q pour les nanofils après élimination de l&#39;excès de CH 2 Cl 2. Répétez la centrifugation au moins 3x plus de remplacer complètement tous CH 2 Cl 2 par l&#39;eau milli-Q. </li></ol> Formation coaxial TiO 2-Ag nanofils dans AAO membranes 4. Membrane AAO Préparation pour Templated électrodéposition <ol><li> Prendre une membrane AAO avec une taille de pores de 200 nm et une épaisseur de 60 um ( <strong&gt; Figure 2a). Le diamètre de la membrane utilisée ici est de 13 mm. </li><li> Pulvérisation d&#39;une couche d&#39;or sur la face arrière de la membrane (Figure 2b). Dans ce cas, une pression de dépôt de 2 x 10 -2 mbar a été utilisé avec Ar comme gaz de pulvérisation cathodique. Utilisez un taux de dépôt lent de ~ 13 nm / min. NOTE: Cette Au couche sera utilisé comme contact électrique lors de l&#39;électrodéposition. </li><li> Fixez les membranes AAO à une lame de verre Au-enduit dans une configuration comme dans la figure 2h avec du ruban téflon. NOTE: Pour assurer l&#39;électrodéposition sélective à l&#39;intérieur des pores de la membrane, la membrane AAO doit être attachée à une petite lame de verre dans une configuration différente de celle des membranes de PCTE, parce que les membranes AAO sont trop fragiles pour la connexion avec une pince crocodile. Quand une lame de verre de 3,0 x 2,5 cm est utilisé, deux membranes peuvent être utilisées à la fois. </li><li> Mettez un petit morceau de ruban de cuivre sur la partie Au revêtu de la lame de verre pour une manipulation aisée lors de la connexion de l&#39;électrodes. </li></ol> 5. Dépôt électrochimique de TiO 2-Ag nanofils <ol><li> Préparation d&#39;un gel de TiO 2 <ol><li> Préparer une solution aqueuse contenant 0,02 M de TiOSO 4 (0,16 g par 50 ml), 0,03 MH 2 O 2 (0,13 ml par 50 ml), 0,05 M HNO 3 (0,15 ml par 50 ml), et 0,25 M KNO 3 (1,26 g Par 50 ml). </li><li> Placer la membrane préparée avec une contre-électrode de Pt et une Ag / AgCl (KCl 3 M) l&#39;électrode de référence dans la solution sous forme préparée. </li><li> Appliquer un potentiel de -1,0 V vs l&#39;électrode de référence Ag / AgCl pendant 3,5 heures (figures 2d et 2e). NOTE: Bien que tous les logiciels de potentiostat sera différent, tous les programmes doivent avoir des lignes d&#39;entrée comme &quot;set potentiel» et «durée», où ces valeurs peuvent être remplis po S&#39;il vous plaît se référer au manuel de potentiostat et inclus le logiciel pour plus de détails. </li><li> Prenez les électrodes de la solution et ne pas rincerla membrane avec de l&#39;eau milli-Q, parce que le gel de TiO 2 est encore soluble dans l&#39;eau. Les autres électrodes peuvent être rincés avec de l&#39;eau milli-Q. </li></ol></li><li> Préparation de nanofils coaxiaux TiO 2-Ag <ol><li> Recuire thermiquement les membranes avec du gel de TiO 2 dans un four à 650 ° C pendant 2 heures sous air. </li><li> Remettez les membranes sur une lame de verre revêtu d&#39;or. </li><li> Préparer une solution aqueuse contenant 0,20 M d&#39;AgNO 3 (1,70 g par 50 ml) et 0,10 MH 3 BO 3 (0,31 g par 50 ml). Ajuster le pH à 1,5 à l&#39;aide HNO 3. </li><li> Placer la membrane préparée avec une contre-électrode de Pt et une Ag / AgCl (KCl 3 M) l&#39;électrode de référence dans la solution sous forme préparée. </li><li> Appliquer un potentiel de 0,10 V par rapport à l&#39;électrode de référence Ag / AgCl pour 1,5 min (figures 2d et 2e). NOTE: Bien que tous les logiciels de potentiostat sera différent, tous les programmes doivent avoir des lignes d&#39;entrée comme &quot;set potential »et« durée », où ces valeurs peuvent être remplis po S&#39;il vous plaît se référer au manuel de potentiostat et inclus le logiciel pour plus de détails. </li><li> Prenez les électrodes de la solution et les rincer avec de l&#39;eau milli-Q. </li></ol></li><li> Préparation de nanoparticules d&#39;Ag sont incorporés nanotubes de TiO 2 <ol><li> Chauffer les membranes avec le gel pendant une nuit TiO 2 à 100 ° C. </li><li> Préparer une solution aqueuse contenant 0,20 M d&#39;AgNO 3 (1,70 g par 50 ml) et 0,10 MH 3 BO 3 (0,31 g par 50 ml). Ajuster le pH à 1,5 à l&#39;aide HNO 3. </li><li> Placer la membrane préparée avec une contre-électrode de Pt et une Ag / AgCl (KCl 3 M) l&#39;électrode de référence dans la solution sous forme préparée. </li><li> Appliquer un potentiel de 0,10 V par rapport à l&#39;électrode de référence Ag / AgCl pour 1,5 min (figures 2d et 2e). NOTE: Bien que tous les logiciels de potentiostat sera différent, tous les programmes doivent avoir des lignes d&#39;entrée aiment &quot;mettre potentiel »et« durée », où ces valeurs peuvent être remplis po S&#39;il vous plaît se référer au manuel de potentiostat et inclus le logiciel pour plus de détails. </li><li> Prenez les électrodes de la solution et les rincer avec de l&#39;eau milli-Q. </li></ol></li><li> Répétez cette procédure pour obtenir au moins 10 membranes remplies de nanofils / nanotubes pour obtenir suffisamment de matériel pour signal significatif de la sonde H 2. </li></ol> 6. Extraction des nanotubes et nanofils <ol><li> Couper la membrane contenant les nanotubes ou de nanofils de la lame de verre. </li><li> Transférer cette partie de la membrane dans un tube à centrifuger en polypropylène. </li><li> Ajouter ~ 2 ml d&#39;une solution aqueuse contenant du NaOH 1,0 M pour dissoudre la membrane AAO et libérer les nanotubes ou de nanofils dans la solution. Après ~ 2 heures, la membrane doit être complètement dissous (figures 2f et 2g). </li><li> Centrifuger la solution obtenue à ~ 19 000 g pendant 5 kmn, éliminer la solution de NaOH excessive, et ajouter de l&#39;eau milli-Q frais. Répétez le processus au moins 3 fois pour s&#39;assurer que tout NaOH a été supprimé. </li><li> Après tout NaOH a été éliminée, la suspension aqueuse peut être utilisée pour H 2 expériences de formation. </li><li> Sinon, ajouter CH 2 Cl 2 ou un autre solvant volatile pour les nanotubes et nanofils après l&#39;élimination de l&#39;excès d&#39;eau pour la visualisation des nanotubes ou de nanofils préparés avec SEM. Répétez la centrifugation au moins 3 fois à remplacer complètement toute l&#39;eau par le solvant volatil. Déposer une petite goutte de la solution contenant des nanotubes ou de nanofils sur une petite plaquette de silicium. </li></ol> H 2 expériences d&#39;établissement 7. Préparation du détecteur d&#39;hydrogène <ol><li> Prenez un capteur d&#39;hydrogène à base de Pd. </li><li> Placer le capteur à l&#39;intérieur d&#39;un bouchon NS qui s&#39;adapte sur le dessus d&#39;un tube de quartz. </li><li> Raccordez le capteur à un pont de Wheatstone norme comme illustrésur la figure 3. </li></ol> 8. Photocatalytique hydrogène Formation <ol><li> Mettre la solution aqueuse de nanofils dans un tube de quartz de 72 ml. Ajouter de l&#39;eau jusqu&#39;à un total de 10 ml d&#39;eau est à l&#39;intérieur du tube de quartz. Ensuite, ajouter 40 ml de méthanol. </li><li> Commencer à enregistrer le signal provenant du capteur à base de H 2 Pd avant de le placer sur le dessus du tube de quartz et de surveiller la variation du signal. </li><li> Après 200 s ~ de signal stable, mettre le capteur de H 2 sur la partie supérieure du tube en quartz tout en tournant en même temps sur la source de lumière UV pour démarrer la mesure réelle. REMARQUE: Dans ces expériences, la source d&#39;UV a été placé à environ 10 à 15 cm de l&#39;échantillon. </li></ol>

The authors declare that they have no competing financial interests.
The author, Eddy J.B. Rodijk is currently an employee of Twente Solid State Technology B.V., The Netherlands.
The author, Michiel G. Maas is currently an employee of Henkel AG &amp; Co. KGaA, Germany.

Très important dans la matrice d&#39;électrodéposition de nanofils est l&#39;isolement de la face arrière de l&#39;électrode par pulvérisation cathodique d&#39;or sur le dessus de la membrane. Sans isolement, le matériau serait de préférence se déposer sur la surface d&#39;or sur le côté arrière de la membrane à la place de l&#39;intérieur des pores. En effet, la diffusion des ions à une électrode plane est beaucoup plus rapide que la diffusion dans les pores de la membrane. Un autre inconvénient de dépôt des deux côtés de l&#39;électrode en or est que la courbe obtenue Elle ne peut pas être liée à la quantité et la longueur des nanofils déposés. Sur la figure 4, plusieurs étapes peuvent être identifiés pour le dépôt du segment Ag (a) ou Ag noyau (b). La première étape de toute expérience d&#39;électrodéposition est en charge de la double couche électrique, qui est accompagné par une augmentation soudaine de courant qui diminue lentement que la double couche électrique atteint son équilibre. Comme la po membrane PCTEres de Whatman ont une forme de cigare, le courant augmente dans la seconde étape, la surface de dépôt augmente, ce qui conduit à un dépôt de plus de matériel en même temps, et l&#39;approvisionnement rapide des réactifs depuis la surface du nanofil se rapproche de l&#39; entrée des pores de la membrane. Dans la troisième étape, le changement dans la zone de surface est minimale, ce qui conduit à une pente plus faible de courant croissant depuis seulement l&#39;effet de la plus rapide alimentation de réactif est visible à ce stade. S&#39;il vous plaît noter que dans le cas du dépôt de nanofils segmentés contenant à la fois un métal et un segment d&#39;oxyde, de l&#39;ordre de dépôt électrolytique à l&#39;intérieur des pores doit être déterminée en prenant la solubilité des phases déposés en solution de l&#39;autre explicitement en compte. Dans ce cas, le segment d&#39;Ag a été déposée avant le segment de ZnO en tant que ZnO se dissoudre dans la solution acide AgNO 3. Dans le cas de la formation d&#39;un nanofil segmentée contenant un métal noble et un moins noble une, par exemple, Pt et Ni, la réaction de remplacement galvanique de nickel par Pt devrait être prise en compte. Cette réaction galvanique de remplacement peut être supprimée en utilisant une plus grande surtension comme décrit dans une publication antérieure 54. Le choix d&#39;utiliser ou non PCTE membranes de nanofil ou AAO pour la synthèse de nanotubes est généralement basé sur si oui ou non une étape de recuit thermique est souhaitée pour le matériau de choix. Sans la nécessité d&#39;une étape de recuit, les membranes PCTE sont plus faciles à manipuler et relativement bonnes membranes peuvent être obtenus dans le commerce. Pour le recuit à haute température, l&#39;utilisation de membranes AAO est nécessaire. Ces membranes ne sont pas aussi flexibles que les membranes de polycarbonate et sont très fragiles. Certaines membranes AAO commerciaux sont disponibles, mais la qualité des membranes AAO maison en utilisant une anodisation en 2 étapes est beaucoup mieux. Pour cela, plusieurs recettes sont disponibles 55,56. Le H à base de Pd 2 </sub&gt; Capteur utilisé dans cette étude est une méthode simple et relativement pas cher pour déterminer si H 2 a formé ou pas. Malheureusement, il n&#39;est pas adapté pour des mesures quantitatives en raison de sa sensibilité croisée à des solvants volatils tels que le methanol, l&#39;incapacité intrinsèque pour détecter H 2 dissous dans la solution de méthanol / eau, et la réponse non-linéaire comme on le voit dans la forme des courbes sur la figure 8. mesures quantitatives peuvent être effectuées dans une configuration avec une entrée de GC relié à l&#39;espace de tête au-dessus du mélange méthanol / eau, ce qui est un équipement spécialisé qui n&#39;est pas disponible dans tous les laboratoires. H 2 formation utilisant Ag | nanofils de ZnO généralement cessé après ~ 48 heures d&#39;éclairage UV comme en témoigne terminé la formation de bulles de gaz. La raison de cette perte d&#39;activité est photocorrosion de ZnO selon la réaction 57 à 60 ci-dessous: ZnO + 2h + → Zn2 + +1/2 O 2 (8) Une image MEB d&#39;photocorroded Ag |. Nanofils de ZnO est représenté sur la figure 9 Comme on peut le voir sur cette figure, la surface du segment de ZnO est devenu beaucoup plus rugueuse lors de l&#39;illumination UV par rapport aux fils telles que synthétisées de la figure 5 Une fois que la suspension de l&#39;autre. lot de Ag | nanofils de ZnO dans la même solution dans l&#39;obscurité pendant 48 heures, aucun signe de corrosion n&#39;a été trouvée. Ceci a confirmé que l&#39;effet de la corrosion observée résulte de photocorrosion et pas de corrosion électrolytique. Dans la littérature, plusieurs méthodes ont été rapportées pour l&#39;inhibition de la photocorrosion ZnO, y compris l&#39;hybridation des nanoparticules de ZnO avec une monocouche de polyaniline ou C 60 et le greffage de nanotubes de ZnO sur TiO 2 nanotubes 59,61,62. Électrodéposition Templated de nanofils axialement ou radialement segmentés est une plate-forme idéale pour le dépôt de plusieurs segments nanowires qui sont en mesure d&#39;effectuer plus d&#39;une fonction à la fois, dans lequel Ag | segments de ZnO peut être appliqué comme éléments photocatalytiques. Dans une précédente publication, une image MEB d&#39;un nanofil unique contenant six segments a été introduit: Pt | Au | Pt | Ni | Ag | ZnO. Un tel nanofil peut être utilisé pour le mouvement autonome (Pt | Au | Pt), la direction magnétique (Ni) et photocatalytique H 2 formation (Ag | ZnO) 53. En résumé, un protocole simple pour la synthèse de segmenté Ag | nanofils de ZnO et coaxiaux nanofils de TiO 2-AG par électrodéposition basé sur un modèle est fourni. Une méthode semi-quantitative afin de déterminer l&#39;activité photocatalytique de ces nanofils a été démontrée en utilisant la conversion photocatalytique de methanol et d&#39;eau en H 2 et de CO 2 sous illumination UV. Il est envisagé que ces nanofils d&#39;oxyde métallique-métal peuvent être utilisées dans les nanofils multifonctionnels et d&#39;autres dispositifs à nanofils.

En raison de leurs petites dimensions et de grand rapport surface-volume, les nanofils sont des objets très prometteurs unidimensionnels qui peuvent être utilisés dans une large gamme d&#39;applications biomédicales et une nanotechnologiques. Dans la littérature, plusieurs nanofils formés d&#39;un seul composant ayant des propriétés fonctionnelles ont été rapportés 2-7. Mais lorsque plusieurs matériaux (métaux, polymères et oxydes métalliques) sont incorporés de manière séquentielle dans un seul nanofil, nanofils multifonctionnels peuvent être faites 8, 9. Lorsque plusieurs segments sont reliés dans un seul nanofil, propriétés fonctionnelles peuvent apparaître qui n&#39;étaient pas présents lorsque seuls les segments individuels ont été utilisés. Par exemple, nanomoteurs contenant Au et Pt segments au sein d&#39;un seul nanofil ont été signalés qui se déplaçait de manière autonome lorsqu&#39;il est placé dans le peroxyde d&#39;hydrogène 4. Des techniques appropriées pour la formation des nanofils plusieurs segments sont l&#39;infiltration et la matrice d&#39;électrodéposition &lt;sup&gt; 8, 9. En 1987, Penner et Martin ont été les premiers à publier l&#39;utilisation d&#39;électrodéposition basé sur un modèle pour la formation de nanofils Au dans des membranes de polycarbonate 10. Depuis, de nombreux autres chercheurs ont commencé à utiliser électrodéposition sur des modèles pour la synthèse de nanofils de différentes dimensions, en utilisant soit des membranes de polycarbonate de piste gravé (PCTE) ou l&#39;oxyde d&#39;aluminium anodisé (AAO) des membranes et des modèles 11. Les avantages de l&#39;utilisation électrodéposition sur matrice pour la synthèse de nanofils sont sa nature rentable que l&#39;électrodéposition est généralement effectuée dans des conditions douces, la possibilité de former des nanofils à partir soit des métaux, des oxydes métalliques et / ou polymères, et sa capacité à créer une réplique négative exacte d&#39; le modèle utilisé 11. En outre, les nanofils segmentés peuvent être formées par dépôt séquentiel d&#39;au moins deux phases différentes, et quand un nanotube de l&#39;une des deux phases peutêtre faite par électrodéposition sur matrice, nanofils coaxiaux contenant deux phases différentes peuvent être faites. Les oxydes métalliques peuvent être déposées par électrolyse, lorsque les ions de métaux respectives sont insolubles dans des solutions aqueuses à pH élevé. Pour l&#39;oxygène nécessaire, trois précurseurs différents peuvent être utilisés, à savoir les ions nitrate 12-15, le peroxyde d&#39;hydrogène 13, 16, 17 et 18 de l&#39;oxygène moléculaire. Avec l&#39;utilisation d&#39;ions nitrate, comme dans ce protocole, l&#39;application d&#39;un potentiel plus négatif que -0,9 V par rapport à Ag / AgCl conduit à un pH localement accru par réduction de nitrate à la cathode 19, 20: NO 3 - + H 2 O + 2e - → NO 2 - + 2OH -. (1) Lorsque la solution d&#39;électrolyte est chauffé à 60-90 ° C, de nanofils de ZnO se former de précipité zinc hydroxyde: Zn 2 + + 2OH - → ZnO + H 2 O. (2) Lors de l&#39;application d&#39;un potentiel à l&#39;électrode de travail, qui est placé au fond des pores dans l&#39;électrodéposition sur matrice, le pH à l&#39;intérieur du pore est augmenté localement pour résultat la formation de nanofils local. Depuis ZnO est un semi-conducteur de type n, les réactions (1) et (2) peuvent continuer à l&#39;interface ZnO / électrolyte, ce qui entraîne la formation d&#39;un cristal de ZnO et dense nanofil 21, 22. Plusieurs procédés existent pour la synthèse de nanotubes de TiO 2, mais pour la formation d&#39;une structure coaxiale en utilisant un procédé d&#39;électrodéposition séquentiel, le procédé sol-gel induite par voie électrochimique est la plus appropriée. Cette méthode pour électrodéposition cathodique de TiO 2 films a été introduit par Natarajan et al., En 1996 23. Et était further améliorée par Karuppuchamy et al en 2001 19, 24.. En utilisant cette méthode, l&#39;oxysulfate de titane (TiOSO 4) la poudre est dissoute dans une solution aqueuse de peroxyde d&#39;hydrogène (H 2 O 2) lors de la formation d&#39;un complexe peroxotitanate (Ti (O 2) SO 4): TiOSO4 + H 2 O 2 → Ti (O 2) SO 4 + H 2 O. (3) À des potentiels plus négatifs que -0,9 V par rapport à Ag / AgCl, le pH à la surface de l&#39;électrode est augmentée par réduction de nitrate (réaction (1)), la formation d&#39;un gel d&#39;hydroxyde de titane 19, 20: Ti (O 2) SO 4 + 2OH -. + (X +1) H 2 O → TiO (OH) 2, xH 2 O + H 2 O 2 + SO 4 2 -. (4) Natarajan et al. analyse thermique différentielle utilisée pour constater que l&#39;eau est éliminée à partir du gel d&#39;environ 283 ° C au cours du recuit thermique, ce qui conduit à la formation d&#39;une phase de TiO 2 amorphe 23. Pour un film plan, la cristallisation dans la phase anatase se produit lorsque la température est augmentée au-dessus de 365 ° C 23, 25, tandis que la cristallisation se produit à une température comprise entre 525 et 550 ° C quand un modèle AAO est utilisé 25. TiO (OH) 2 · xH 2 O → TiO 2 + (x +1) H 2 O. (5) Le diamètre des pores de la matrice utilisée AAO détermine si un solide ou un nanofil nanotube ouverte seront formés. Dépôt dans un modèle avec un petit diamètre de pores (~ 50 nm) de résultats dans la formation de nanofils 20, 26, tout en appliquant la même méthode à l&#39;intérieur d&#39;un pore de plus grand diamètre (~ 200 nm) dans les résultatsformation nanotube 25. C&#39;est parce que le gel effondrement peut avoir lieu lors de l&#39;enlèvement de l&#39;excès d&#39;eau. Au début des années 1970, Fujishima et Honda ont été les premiers à publier un système de partage de l&#39;eau directement sous la lumière UV, ce qui a été accompli par une électrode rutile couplée à une électrode de platine 27, 28. Depuis lors, plus de 130 matériaux semi-conducteurs ont été identifiés comme photocatalyseurs 29-31. Parmi ceux-ci, le dioxyde de titane 32 à 36, l&#39;oxyde de zinc 37 à 40, et de l&#39;oxyde de fer 41, 42 sont parmi les matériaux les plus intensément étudiés. Le rapport surface-à-volume de ces matériaux peut être augmentée de façon drastique lorsque nanoparticules ou de nanofils sont utilisés, ce qui conduit à une amélioration des efficacités photocatalytiques 29, 30, 43-49. Pour la construction de photocatalytique Ag | nanofils de ZnO, ZnO, qui est un n-typ photoactife semi-conducteurs, a été liée à l&#39;Ag par électrodéposition séquentielle à l&#39;intérieur du même modèle 50. Dans un tel nanofil unique, la photo-anode de ZnO et Ag cathode sont couplés directement sans avoir besoin d&#39;un circuit externe qui relie les électrodes, ce qui est en contraste avec la situation dans des cellules photo-électrochimiques classiques. Cela simplifie considérablement l&#39;architecture de l&#39;appareil et augmente l&#39;efficacité de la réduction des pertes ohmiques dans le système. ZnO et Ag segments ont été couplés depuis l&#39;affinité électronique de ZnO (4,35 eV par rapport à vide) est très proche de la fonction de travail de l&#39;Ag (4,26 eV par rapport à vide). Ceci induit la formation d&#39;une barrière de Schottky entre les deux phases, ce qui permet 51 d&#39;électrons excités dans la bande de conduction de ZnO de s&#39;écouler à Ag, mais pas vice versa, interdisant ainsi le risque de recombinaison électron-trou 52. La phase wurtzite active de ZnO peut être déjà formée à 60-90 ° C, ce qui fournit un moyen facile et rentable de nanowformation colère. Ceci est en contraste avec la plupart des autres oxydes photoactifs qui nécessitent une étape de recuit intermédiaire à des températures élevées lorsqu&#39;elle est faite par l&#39;intermédiaire d&#39;électrodéposition cathodique. La conversion du methanol et de l&#39;eau en hydrogène et en dioxyde de carbone a été utilisé comme réaction modèle pour illustrer l&#39;utilisation d&#39;un nanofil segmentée contenant un métal et une phase d&#39;oxyde métallique pour la formation de H 2 autonome sous l&#39;influence de la lumière UV. Dans cette expérience, on utilise du méthanol en tant que piégeur de trou qui est oxydée en CO 2 dans le segment de ZnO, à la suite de la réaction nette CH 3 OH + H 2 O + 6h + → CO 2 + 6H +, (6) où h + représente un électron-trou. Les protons formés au niveau du segment de ZnO sont réduits en H 2 Ag à la surface, à la suite de la réaction 2H + + 2e -594; H 2. (7) Etant donné que l&#39;énergie totale requise pour les réactions (6) et (7) est beaucoup plus petite que la bande interdite de ZnO (0,7 et 3,2 eV, respectivement), ce processus peut avoir lieu sans la nécessité d&#39;une source d&#39;alimentation externe. Ce processus est illustré schématiquement sur ​​la figure 1. Dans ce protocole, les procédures expérimentales sur matrice d&#39;électrodéposition pour la formation des nanofils coaxiaux segmentés et contenant à la fois un métal et une phase semi-conductrice sont expliqués. Un procédé pour la formation d&#39;Ag segmenté | ZnO nanofils est décrite, ainsi que la formation de nanotubes de TiO 2 et de leur remplissage subséquent avec l&#39;Ag pour obtenir des nanofils coaxiaux TiO 2-Ag. En outre, l&#39;activité photocatalytique de l&#39;Ag | nanofils de ZnO est mise en évidence par la conversion d&#39;un mélange méthanol / eau en H 2 et CO 2 de gaz lors de l&#39;irradiation avec une lumière UV en utilisant une base de Pd-capteur pour la détection de H 2. L&#39;accent de ce protocole est sur ​​la préparation et la caractérisation de deux photocatalytique oxyde métallique différemment segmenté | modules de nanofils métalliques, et un traitement plus en profondeur et un exemple d&#39;un nanofil multifonctionnel peuvent être trouvés ailleurs 53. La réaction de dissociation de l&#39;eau qui a été employée en utilisant les nanofils coaxiaux TiO 2-Ag peuvent également être trouvés ailleurs 25.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="839">
	<tbody>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Silver Nitrate (AgNO3)</td>
			<td style="width:195px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:199px;">419351000</td>
			<td style="width:167px;">99+%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Boric Acid (H3BO3)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">202878-500G</td>
			<td style="width:167px;">99.99%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Nitric Acid (HNO3)</td>
			<td style="width:195px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:199px;">124660010</td>
			<td style="width:167px;">65%</td>
		</tr>
		<tr height="46">
			<td height="46" style="height:46px;width:279px;">Zinc Nitrate Hexahydrate (Zn(NO3)2&#183;6H2O)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">228737-500G</td>
			<td style="width:167px;">98%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Dichloromethane (CH2Cl2)</td>
			<td style="width:195px;">Merck (Boom)</td>
			<td style="width:199px;">51006050100</td>
			<td style="width:167px;">99%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Titanium oxysulfate (TiOSO4)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">333980-500G</td>
			<td style="width:167px;">Synthesis grade</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Hydrogen peroxide (H2O2)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">349887-500ML</td>
			<td style="width:167px;">35%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Nitric acid (HNO3)</td>
			<td style="width:195px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:199px;">124660010</td>
			<td style="width:167px;">65%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Potassium nitrate (KNO3)</td>
			<td style="width:195px;">Acros Organics</td>
			<td style="width:199px;">P/6040/60</td>
			<td style="width:167px;">&#62;99%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Sodium hydroxide (NaOH)</td>
			<td style="width:195px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:199px;">20606-0025</td>
			<td style="width:167px;">&#62;98%</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:279px;">Methanol (CH3OH)</td>
			<td style="width:195px;">Merck</td>
			<td style="width:199px;">1060121000</td>
			<td style="width:167px;">Dried &#8805;99.9%</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Polycarbonate membranes 200 nm</td>
			<td style="width:195px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:199px;">09-300-61</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Anopore AAO membranes 200 nm</td>
			<td style="width:195px;">VWR</td>
			<td style="width:199px;">514-0523</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Sputtering system</td>
			<td style="width:195px;">Perkin-Elmer</td>
			<td style="width:199px;">Model 2400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Microscope glass slides (Menzel)</td>
			<td style="width:195px;">VWR</td>
			<td style="width:199px;">631-0704</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Autolab potentiostat with</td>
			<td rowspan="3" style="width:195px;">Metrohm-Autolab</td>
			<td style="width:199px;">PGSTAT 128N</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">- Pt sheet counter electrode</td>
			<td style="width:199px;">PT.SHEET</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">- Ag/AgCl in 3 M KCl reference electrode</td>
			<td style="width:199px;">60,733,100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Polypropylene Nunc centrifuge tubes</td>
			<td style="width:195px;">Fisher Scientific</td>
			<td style="width:199px;">12-565-286C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Centrifuge</td>
			<td style="width:195px;">Hermle</td>
			<td style="width:199px;">Z36HK</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">Pd-based hydrogen sensor</td>
			<td style="width:195px;">Kebaili</td>
			<td style="width:199px;">KHS-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:279px;">4x 15W Hg lamp UV source</td>
			<td style="width:195px;">Philips</td>
			<td style="width:199px;">Philips original home solaria</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

preparation and use of photocatalytically active segmented ag|zno and coaxial tio2-ag nanowires made by templated electrodeposition

Nanostructures photocatalytiquement actives nécessitent une grande surface spécifique avec la présence de nombreux sites catalytiquement actifs pour les réactions d&#39;oxydation et de réduction moitié, et électrons rapides (trou) de diffusion et de séparation de charge. Nanofils présentent des architectures appropriées pour répondre à ces exigences. Segmenté axialement Ag | ZnO et segmenté radialement nanofils (coaxial) TiO 2-Ag avec un diamètre de 200 nm et une longueur de 6 à 20 um ont été faites par électrodéposition sur matrice dans les pores de l&#39;oxyde d&#39;aluminium polycarbonate piste gravé (PCTE) ou anodisé (AAO) membranes, respectivement. Dans les expériences photocatalytiques, ZnO et TiO 2 phases agi comme photoanodes, et Ag en tant que cathode. Aucun circuit externe est nécessaire pour relier les deux électrodes, ce qui est un avantage clé par rapport aux cellules photo-électrochimique classiques. Pour faire segmenté Ag | nanofils de ZnO, le sel électrolyte Ag a été remplacé après la formation du segment Ag pour former un segment d&#39;une ZnOttached au segment Ag. Pour la fabrication de nanofils coaxiaux TiO 2-Ag, un gel de TiO 2 a été formé par le procédé sol-gel induite par voie électrochimique. Le séchage et le recuit thermique du TiO 2 en tant que gel formé abouti à la formation de cristaux de TiO 2 nanotubes. Une étape d&#39;électrodéposition d&#39;Ag ultérieur à l&#39;intérieur des nanotubes de TiO 2 a donné lieu à la formation de nanofils coaxiaux TiO 2-Ag. En raison de la combinaison d&#39;un semi-conducteur de type n (ZnO ou TiO 2) et un métal (Ag) à l&#39;intérieur de la même nanofil, une barrière de Schottky a été créée à l&#39;interface entre les phases. Pour démontrer l&#39;activité photocatalytique de ces nanofils, le Ag | nanofils de ZnO ont été utilisés dans une expérience photocatalytique dans lequel le gaz H 2 a été détectée lors de l&#39;illumination par UV des nanofils dispersées dans un mélange méthanol / eau. Après 17 min d&#39;éclairage, d&#39;environ 0,2% en volume du gaz H 2 a été détectée à partir d&#39;une suspension de ~ 0,1 g d&#39;Ag | ZnOnanofils dans une solution aqueuse de methanol à 50 ml de 80% en volume.

Au cours de l&#39;électrodéposition, le courant qui est mesurée entre les électrodes de travail et des contre peut être visualisée dans une courbe Il. Comme le courant est directement liée à la quantité de matière déposée par la loi de Faraday, le courant observé est une indication importante de la façon dont le dépôt progresse. Courbes typiques informatique pour le dépôt d&#39;Ag | ZnO et TiO 2-Ag nanofils sont présentés dans la figure 4 images typiques MEB de Ag |. Nanofils de ZnO, TiO 2 nanotubes, un coaxial nanofil TiO 2-Ag et de nanotubes de TiO 2 / Ag peuvent être trouvé sur la figure 5 et la figure 6, respectivement. En utilisant le procédé sol-gel induite par voie électrochimique pour le dépôt d&#39;un gel d&#39;oxyde de titane à l&#39;intérieur de la matrice et l&#39;électrodéposition d&#39;Ag séquentielle peut se traduire par deux structures différentes en fonction de la température utilisée pour sécher le gel. Séchage du gel pendant une nuit à 100 ° C dans les résultats condensation du gel, l&#39;empêchant de se redissoudre dans l&#39;eau. Étant donné qu&#39;aucune forme tubulaire dense a encore formé à cette température, les noyaux Ag sont déposées à l&#39;intérieur du gel d&#39;oxyde de titane. Après recuit à 650 ° C entraîne la formation de nanoparticules Ag incorporés dans un TiO 2 nanotube (figure 6c), depuis l&#39;effondrement du gel d&#39;oxyde de titane provoque les nanoparticules Ag à être transportés vers les parois des pores. En revanche, un recuit à haute température du gel de dioxyde de titane avant l&#39;électrodéposition d&#39;Ag conduit à la formation de solides de TiO 2 nanotubes. Dans ce cas, Ag nanofils peuvent être déposées à l&#39;intérieur de ces tubes, ce qui conduit à la formation de nanofils de TiO 2-Ag avec une architecture coaxiale (figure 6b). L&#39;activité de l&#39;Ag segmenté | nanofils de ZnO dans le fractionnement de l&#39;eau photocatalytique peut être étudiée à l&#39;aide d&#39;une solution méthanol / eau sous illumination UV, où les actes de méthanol en tant que piégeur de trou. Une technique simpLe procédé pour détecter de l&#39;hydrogène gazeux à partir de la solution évolutive est obtenue en plaçant un capteur de H 2 au dessus de la solution (figure 7). Cette expérience ne détecte que la quantité de H 2 d&#39;atteindre le capteur, de sorte que la quantité réelle d&#39;H 2 peut être formé comme une partie supérieure H 2 reste dissous dans la phase méthanol / eau. Le signal détecté par le capteur est représenté sur la figure 8a. Figure 8b montre le même signal après transformation de la période réelle de formation de H 2. Lorsque la source de lumière UV a été mis sous tension (t = 17,5 min sur la figure 8a), le signal chute sensiblement du fait de la sensibilité à la lumière du capteur. Juste après cette chute de signaux, la réaction démarre et par conséquent ce moment a été définie comme t = 0 min à la figure 8b, et le signal correspondant est défini comme 0 V. Pendant l&#39;exposition aux UV du tube à essai, il est également visible que petit gaz bubbles ont été formés. Etant donné que le capteur utilisé est légèrement contre-sensible au méthanol, la mesure d&#39;un échantillon de référence sans nanofils a également été incluse. Pendant une illumination UV, la figure 8 montre que le signal provenant de l&#39;échantillon avec des nanofils est plus élevé que le signal provenant de l&#39;échantillon de référence. L&#39;augmentation de potentiel est une mesure relative de la quantité de H 2 gazeux qui se forme et dégage de la solution. Afin de donner une estimation quantitative de la quantité de H 2 évolué, le potentiel de réponse du capteur à partir des expériences photocatalytiques a été comparée à la réponse à une 4% en volume de H 2 dans du N 2 flux de gaz. De cette comparaison, il a été estimé que 17 min d&#39;éclairage UV de l&#39;Ag | nanofils de ZnO a donné lieu à la formation d&#39;environ 0,2% en volume de H 2 dans le volume de gaz au-dessus de la solution. Depuis ~ On a utilisé 0,1 g de nano-fils, ce qui équivaut à un taux de 6,92 x 10 de dégagement de H 2<html> -6 Mol / h · g. Comme référence, des expériences avec une seule phase de ZnO ou Ag nanofils ont également été réalisées. Ces expériences, non représentés ici, ne donnent aucune indication de H 2 formation; ni de formation de bulles de gaz, ni de signal de capteur. <img alt="Figure 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig1highres.jpg" width="500" /> Figure 1 Principe de fonctionnement de segmenté Ag | ZnO nanofils en décomposition de l&#39;eau photocatalytique:. (A) représentation schématique, et (b) diagramme d&#39;énergie. Lorsque la lumière UV est absorbé par le segment de ZnO, une paire électron-trou est formé. Les électrons ainsi formés flux de la phase Ag où ils sont consommés en une réduction d&#39;un demi-réaction électrochimique. Les séjours de trous dans le segment de ZnO où elle est consommée en une demi-réaction d&#39;oxydation.obtenir = &quot;_blank&quot;&gt; Cliquez ici pour agrandir l&#39;image. <img alt="Figure 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig2highres.jpg" width="500" /> Figure 2. Représentation schématique des étapes consécutives prises pour la synthèse de nanofils. <img alt="Figure 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig3highres.jpg" width="500" /> Figure 3. Circuit d&#39;exploitation typique du capteur 2 H avec pont de Wheatstone. Dans ce schéma, la broche 1 à 4 se rapportent au câblage du capteur (broche 1 est noir, la broche 2 est bleu, broche 3 est blanc, la broche 4 est brun ), R h est la résistance de l&#39;élément chauffant (150 ± 50 Ω), R r est la résistance de la référence (1500 ± 500 Ω), R s est la résistance de la sonde (1, 000 ± 250 Ω). Le capteur est relié à une source d&#39;alimentation de 12 V de telle sorte que 0,5 à 1,0 V est appliquée à l&#39;élément chauffant et 2,7 V est appliquée sur le pont de Wheatstone. Vout est reliée à la multimètre / potentiostat. La résistance à côté de la broche 2 est variable et peut être ajusté afin d&#39;obtenir un niveau de référence approprié. <img alt="Figure 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig4highres.jpg" width="500" /> La figure 4 des courbes-ce typique de (a) Ag |.. Dépôt de ZnO de nanofils, et (b) le TiO 2-Ag dépôt de nanofils Les encadrés montrent une courbe agrandie de la déposition du segment Ag (a) ou noyau Ag (b). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig4highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a> . Figure 5 microscopie électronique à balayage (MEB) image de ZnO axialement segmenté | nanofils Ag. <img alt="Figure 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig6highres.jpg" width="500" /> Figure 6. Des images SEM d&#39;(a) nanotubes de TiO 2, (b) coaxial nanofil TiO 2-Ag et (c) des nanotubes de TiO 2 / Ag. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig6highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a> <img alt="Figure 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig7highres.jpg" width="500" /> Figure 7. D&#39;installation par défaut pour la détectionde H 2 gaz dégagé à partir de nanofils photocatalytiques. Capteur H 2 sur la base de Pd est placé dans le bouchon NS d&#39;une cuve en quartz, et relié à un amplificateur (voir figure 3). L&#39;amplificateur est actionné par une source d&#39;alimentation de 12 V et le signal du capteur est lu par un multimètre (ou potentiostat) connecté à un ordinateur pour la représentation graphique du signal obtenu. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig7highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a> <img alt="Figure 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig8highres.jpg" width="500" /> Figure 8 Réponse du capteur de H 2 pendant l&#39;irradiation UV de Ag |.. Nanofils de ZnO dans une solution méthanol / eau (ligne rouge) et expérience de référence sans nanofils (ligne bleue) (a) du signal mesuré par lecapteur; (B) du signal avec H 2 formation, où le point de données à t = 17,5 min de (a) a été définie comme le début de la réaction (b). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig8highres.jpg" target="_blank">Cliquez ici pour agrandir l&#39;image.</a> <img alt="Figure 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig9highres.jpg" width="500" /> . Figure 9 image MEB de photocorroded Ag | ZnO nanofils après 48 heures d&#39;éclairage UV.

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Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Procedures are outlined to prepare segmented and coaxial nanowires via templated electrodeposition in nanopores. As examples, segmented nanowires consisting of Ag and ZnO segments, and coaxial nanowires consisting of a TiO2 shell and a Ag core were made. The nanowires were used in photocatalytic hydrogen formation experiments.

Préparation et utilisation d&#39;activité photo sectorielle Ag | ZnO et coaxial TiO<sub&gt; 2</sub&gt;-Ag nanofils par Templated électrodéposition

Photocatalytically active nanostructures require a large specific surface area with the presence of many catalytically active sites for the oxidation and ...

preparation-use-photocatalytically-active-segmented-agzno-coaxial

Research

JoVE Journal

Engineering

Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

21.6K vues.  University of Twente. Procedures are outlined to prepare segmented and coaxial nanowires via templated electrodeposition in nanopores. As examples, segmented nanowires consisting of Ag and ZnO segments, and coaxial nanowires consisting of a TiO2 shell and a Ag core were made. The nanowires were used in photocatalytic hydrogen formation experiments.

Vidéo: Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

Ultrahigh Density Array of Vertically Aligned Small-molecular Organic Nanowires on Arbitrary Substrates

In recent years &pi;-conjugated organic semiconductors have emerged as the active material in a number of diverse applications including large-area, low-cost displays, photovoltaics, printable and flexible electronics and organic spin valves. Organics allow (a) low-cost, low-temperature processing and (b) molecular-level design of electronic, optical and spin transport characteristics. Such features are not readily available for mainstream inorganic semiconductors, which have enabled organics to carve a niche in the silicon-dominated electronics market. The first generation of organic-based devices has focused on thin film geometries, grown by physical vapor deposition or solution processing. However, it has been realized that organic nanostructures can be used to enhance performance of above-mentioned applications and significant effort has been invested in exploring methods for organic nanostructure fabrication.	
A particularly interesting class of organic nanostructures is the one in which vertically oriented organic nanowires, nanorods or nanotubes are organized in a well-regimented, high-density array. Such structures are highly versatile and are ideal morphological architectures for various applications such as chemical sensors, split-dipole nanoantennas, photovoltaic devices with radially heterostructured "core-shell" nanowires, and memory devices with a cross-point geometry. Such architecture is generally realized by a template-directed approach. In the past this method has been used to grow metal and inorganic semiconductor nanowire arrays. More recently &pi;-conjugated polymer nanowires have been grown within nanoporous templates. However, these approaches have had limited success in growing nanowires of technologically important &pi;-conjugated small molecular weight organics, such as tris-8-hydroxyquinoline aluminum (Alq3), rubrene and methanofullerenes, which are commonly used in diverse areas including organic displays, photovoltaics, thin film transistors and spintronics.	
Recently we have been able to address the above-mentioned issue by employing a novel "centrifugation-assisted" approach. This method therefore broadens the spectrum of organic materials that can be patterned in a vertically ordered nanowire array. Due to the technological importance of Alq3, rubrene and methanofullerenes, our method can be used to explore how the nanostructuring of these materials affects the performance of aforementioned organic devices. The purpose of this article is to describe the technical details of the above-mentioned protocol, demonstrate how this process can be extended to grow small-molecular organic nanowires on arbitrary substrates and finally, to discuss the critical steps, limitations, possible modifications, trouble-shooting and future applications.

We report a simple method for fabricating an ultrahigh density array of vertically ordered small-molecular organic nanowires. This method allows for synthesis of complex heterostructured hybrid nanowire geometries, which can be inexpensively grown on arbitrary substrates. These structures have potential applications in organic electronics, optoelectronics, chemical sensing, photovoltaics and spintronics.

Ultrahigh Array Densité de alignés verticalement nanofils organiques petite moléculaires sur des substrats arbitraires

In  recent years &pi;-conjugated  organic semiconductors have emerged as the active material in a number of  diverse applications including large-area, ...

Recherche

Ingénierie

Monolayer Contact Doping of Silicon Surfaces and Nanowires Using Organophosphorus Compounds

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra shallow and sharp doping profiles at the nanometer scale. In MLCD process the dopant source is a monolayer containing dopant atoms.
In this article a detailed procedure for surface doping of silicon substrate as well as silicon nanowires is demonstrated. Phosphorus dopant source was formed using tetraethyl methylenediphosphonate monolayer on a silicon substrate. This monolayer containing substrate was brought to contact with a pristine intrinsic silicon target substrate and annealed while in contact. Sheet resistance of the target substrate was measured using 4 point probe. Intrinsic silicon nanowires were synthesized by chemical vapor deposition (CVD) process using a vapor-liquid-solid (VLS) mechanism; gold nanoparticles were used as catalyst for nanowire growth. The nanowires were suspended in ethanol by mild sonication. This suspension was used to dropcast the nanowires on silicon substrate with a silicon nitride dielectric top layer. These nanowires were doped with phosphorus in similar manner as used for the intrinsic silicon wafer. Standard photolithography process was used to fabricate metal electrodes for the formation of nanowire based field effect transistor (NW-FET). The electrical properties of a representative nanowire device were measured by a semiconductor device analyzer and a probe station.

A detailed procedure for surface doping of Silicon interfaces is provided. The ultra-shallow surface doping is demonstrated by using phosphorus containing monolayers and rapid annealing process. The method can be used for doping of macroscopic area surfaces as well as nanostructures.

Monocouche Contactez-dopage du silicium Surfaces et nanofils utilisant des composés organophosphorés

Monolayer Contact Doping (MLCD) is a simple method for doping of surfaces and nanostructures1. MLCD results in the formation of highly controlled, ultra ...

Evaluating Plasmonic Transport in Current-carrying Silver Nanowires

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information support1,2,3. In this context, metal nanowires are especially desirable for realizing dense routing networks4. A prerequisite to operate such shared nanowire-based platform relies on our ability to electrically contact individual metal nanowires and efficiently excite surface plasmon polaritons5 in this information support. In this article, we describe a protocol to bring electrical terminals to chemically-synthesized silver nanowires6 randomly distributed on a glass substrate7. The positions of the nanowire ends with respect to predefined landmarks are precisely located using standard optical transmission microscopy before encapsulation in an electron-sensitive resist. Trenches representing the electrode layout are subsequently designed by electron-beam lithography. Metal electrodes are then fabricated by thermally evaporating a Cr/Au layer followed by a chemical lift-off. The contacted silver nanowires are finally transferred to a leakage radiation microscope for surface plasmon excitation and characterization8,9. Surface plasmons are launched in the nanowires by focusing a near infrared laser beam on a diffraction-limited spot overlapping one nanowire extremity5,9. For sufficiently large nanowires, the surface plasmon mode leaks into the glass substrate9,10. This leakage radiation is readily detected, imaged, and analyzed in the different conjugate planes in leakage radiation microscopy9,11. The electrical terminals do not affect the plasmon propagation. However, a current-induced morphological deterioration of the nanowire drastically degrades the flow of surface plasmons. The combination of surface plasmon leakage radiation microscopy with a simultaneous analysis of the nanowire electrical transport characteristics reveals the intrinsic limitations of such plasmonic circuitry.

Silver nanowires can simultaneously transport electrons and optical information in the form of surface plasmons. A procedure is described here to realize such a shared circuitry and the limitations at propagating both information carriers are evaluated.

Plasmonics is an emerging technology capable of simultaneously transporting a plasmonic signal and an electronic signal on the same information ...

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric vehicles.1,2 However, many challenges, such as energy density and battery lifetimes, need to be overcome before this particular battery technology can be widely implemented in such applications.3 This research is challenging, and we outline a method to address these challenges using in situ NPD to probe the crystal structure of electrodes undergoing electrochemical cycling (charge/discharge) in a battery. NPD data help determine the underlying structural mechanism responsible for a range of electrode properties, and this information can direct the development of better electrodes and batteries.
We briefly review six types of battery designs custom-made for NPD experiments and detail the method to construct the &#8216;roll-over&#8217; cell that we have successfully used on the high-intensity NPD instrument, WOMBAT, at the Australian Nuclear Science and Technology Organisation (ANSTO). The design considerations and materials used for cell construction are discussed in conjunction with aspects of the actual in situ NPD experiment and initial directions are presented on how to analyze such complex in situ data.

In Situ Neutron Powder Diffraction Using Custom-made Lithium-ion Batteries

We describe the design and construction of an electrochemical cell for the examination of electrode materials using in situ neutron powder diffraction (NPD). We briefly comment on alternate in situ NPD cell designs and discuss methods for the analysis of the corresponding in situ NPD data produced using this cell.

In Situ diffraction de poudre, l&#39;utilisation des batteries au lithium-ion sur mesure

Li-ion batteries are widely used in portable electronic devices and are considered as promising candidates for higher-energy applications such as electric ...

A Cost-effective and Reliable Method to Predict Mechanical Stress in Single-use and Standard Pumps

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping process shear forces occur which can lead to qualitative and/or quantitative product loss. To calculate the mechanical stress with limited experimental expense, an oil-water emulsion system was used, whose suitability was demonstrated for drop size detections in bioreactors1. As drop breakup of the oil-water emulsion system is a function of mechanical stress, drop sizes need to be counted over the experimental time of shear stress investigations. In previous studies, the inline endoscopy has been shown to be an accurate and reliable measurement technique for drop size detections in liquid/liquid dispersions. The aim of this protocol is to show the suitability of the inline endoscopy technique for drop size measurements in pumping processes. In order to express the drop size, the Sauter mean diameter d32 was used as the representative diameter of drops in the oil-water emulsion. The results showed low variation in the Sauter mean diameters, which were quantified by standard deviations of below 15%, indicating the reliability of the measurement technique.

Shear stress investigations on an oil-water emulsion system result in drop breakup over the experimental time. To count drop sizes in pumping processes, the suitability of inline endoscopy was successfully demonstrated in this protocol.

Une méthode rentable et fiable pour prévoir stress mécanique en usage unique et de pompes standard

Pumps are mainly used when transferring sterile culture broths in biopharmaceutical and biotechnological production processes. However, during the pumping ...

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the presence of carbon nanotubes. These nanowires are extreme in the sense that they are the limit of miniaturization of nanowires and their behavior is not always a simple extrapolation of the behavior of larger nanowires as their diameter decreases. The paper then describes the methods required to obtain Raman spectra from extreme nanowires and the fact that due to the van Hove singularities that 1D systems exhibit in their optical density of states, that determining the correct choice of photon excitation energy is critical. It describes the techniques required to determine the photon energy dependence of the resonances observed in Raman spectroscopy of 1D systems and in particular how to obtain measurements of Raman cross-sections with better than 8% noise and measure the variation in the resonance as a function of sample temperature. The paper describes the importance of ensuring that the Raman scattering is linearly proportional to the intensity of the laser excitation intensity. It also describes how to use the polarization dependence of the Raman scattering to separate Raman scattering of the encapsulated 1D systems from those of other extraneous components in any sample.

The paper describes a method for producing extreme nanowires by melt infiltration into carbon nanotubes and how 1D systems may be characterized and investigated using Resonance Raman Spectroscopy to determine vibrational and optical excitation energies.

Resonance Raman Spectroscopy de Extreme nanofils et autres systèmes 1D

This paper briefly describes how nanowires with diameters corresponding to 1 to 5 atoms can be produced by melting a range of inorganic solids in the ...

A Fabrication Method for Highly Stretchable Conductors with Silver Nanowires

Stretchable electronics are identified as a key technology for electronic applications in the next generation. One of the challenges in fabrication of stretchable electronic devices is the preparation of stretchable conductors with great mechanical stability. In this study, we developed a simple fabrication method to chemically solder the contact points between silver nanowire (AgNW) networks. AgNW nanomesh was first deposited on a glass slide via spray coating method. A reactive ink composed of silver nanoparticle (AgNPs) precursors was applied over the spray coated AgNW thin films. After heating for 40 min, AgNPs were preferentially generated over the nanowire junctions to solder the AgNW nanomesh, and reinforced the conducting network. The chemically modified AgNW thin film was then transferred to polyurethane (PU) substrates by casting method. The soldered AgNW thin films on PU exhibited no obvious change in electrical conductivity under stretching or rolling process with elongation strains up to 120%.

A simple synthesis method is used to chemically solder silver nanowire thin film to fabricate highly stretchable and conductive metal conductors.

Un procédé de fabrication pour les conducteurs hautement extensible avec de l&#39;argent nanofils

Stretchable electronics are identified as a key technology for electronic applications in the next generation. One of the challenges in fabrication of ...

Preparation and 3D Tracking of Catalytic Swimming Devices

We report a method to prepare catalytically active Janus colloids that "swim" in fluids and describe how to determine their 3D motion using fluorescence microscopy. One commonly deployed method for catalytically active colloids to produce enhanced motion is via an asymmetrical distribution of catalyst. Here this is achieved by spin coating a dispersed layer of fluorescent polymeric colloids onto a flat planar substrate, and then using directional platinum vapor deposition to half coat the exposed colloid surface, making a two faced "Janus" structure. The Janus colloids are then re-suspended from the planar substrate into an aqueous solution containing hydrogen peroxide. Hydrogen peroxide serves as a fuel for the platinum catalyst, which is decomposed into water and oxygen, but only on one side of the colloid. The asymmetry results in gradients that produce enhanced motion, or "swimming". A fluorescence microscope, together with a video camera is used to record the motion of individual colloids. The center of the fluorescent emission is found using image analysis to provide an x and y coordinate for each frame of the video. While keeping the microscope focal position fixed, the fluorescence emission from the colloid produces a characteristic concentric ring pattern which is subject to image analysis to determine the particles relative z position. In this way 3D trajectories for the swimming colloid are obtained, allowing swimming velocity to be accurately measured, and physical phenomena such as gravitaxis, which may bias the colloids motion to be detected.

A method to prepare catalytically active Janus colloids that can "swim" in fluids and determine their 3D trajectories is presented.

Préparation et suivi 3D des dispositifs catalytiques de natation

We report a method to prepare catalytically active Janus colloids that "swim" in fluids and describe how to determine their 3D motion using fluorescence ...

Use of Sacrificial Nanoparticles to Remove the Effects of Shot-noise in Contact Holes Fabricated by E-beam Lithography

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has been attributed to statistical fluctuations in the number of photons/electrons arriving at a given nano-region arising from shot-noise (SN). The SN varies inversely to the square root of a number of photons/electrons. For a fixed dosage, the SN is larger in EUV and E-beam lithographies than for traditional (193 nm) optical lithography. Bottom-up and top-down patterning approaches are combined to minimize the effects of shot noise in nano-hole patterning. Specifically, an amino-silane surfactant self-assembles on a silicon wafer that is subsequently spin-coated with a 100 nm film of a PMMA-based E-beam photoresist. Exposure to the E-beam and the subsequent development uncover the underlying surfactant film at the bottoms of the holes. Dipping the wafer in a suspension of negatively charged, citrate-capped, 20 nm gold nanoparticles (GNP) deposits one particle per hole. The exposed positively charged surfactant film in the hole electrostatically funnels the negatively charged nanoparticle to the center of an exposed hole, which permanently fixes the positional registry. Next, by heating near the glass transition temperature of the photoresist polymer, the photoresist film reflows and engulfs the nanoparticles. This process erases the holes affected by SN but leaves the deposited GNPs locked in place by strong electrostatic binding. Treatment with oxygen plasma exposes the GNPs by etching a thin layer of the photoresist. Wet-etching the exposed GNPs with a solution of I2/KI yields uniform holes located at the center of indentations patterned by E-beam lithography. The experiments presented show that the approach reduces the variation in the size of the holes caused by SN from 35% to below 10%. The method extends the patterning limits of transistor contact holes to below 20 nm.

Uniformly sized nanoparticles can remove fluctuations in contact hole dimensions patterned in poly(methyl methacrylate) (PMMA) photoresist films by electron beam (E-beam) lithography. The process involves electrostatic funneling to center and deposit nanoparticles in contact holes, followed by photoresist reflow and plasma- and wet-etching steps.

Utilisation de sacrificielles Nanoparticules pour éliminer les effets de Shot-bruit dans les trous de contact fabriquées par E-beam Lithography

Nano-patterns fabricated with extreme ultraviolet (EUV) or electron-beam (E-beam) lithography exhibit unexpected variations in size. This variation has ...

Preparation of Liquid Crystal Networks for Macroscopic Oscillatory Motion Induced by Light

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous light irradiation. The photo-excitation of dopants that can quickly dissipate light into heat, coupled with anisotropic thermal expansion and self-shadowing of the film, gives rise to the self-sustained deformation. The oscillations observed are influenced by the dimensions and the modulus of the film, and by the directionality and intensity of the light. The system developed offers applications in energy conversion and harvesting for soft-robotics and automated systems.
The general method described here consists of creating free-standing liquid crystalline films and characterizing the mechanical and thermal effects observed. The molecular alignment is achieved using alignment layers (rubbed polyimide), commonly used in the display manufacturing industry. To obtain actuators with large deformation, the mesogens are aligned and polymerized in a splay/bend configuration, i.e., with the director of the liquid crystals (LCs) going gradually from planar to homeotropic through the film thickness. Upon irradiation, the mechanical and thermal oscillations obtained are monitored with a high-speed camera. The results are further quantified by image analysis using an image processing program.

The goal of the protocol is to create liquid crystalline polymer films that can mechanically oscillate under continuous light irradiation. We describe in great detail the conception of free-standing films, from the liquid crystal alignment method to the photo-actuation. The experimental protocol applied to prepare this material is broadly applicable.

Préparation des réseaux de cristaux liquides pour macroscopique mouvement oscillatoire induite par la lumière

A strategy based on doped liquid crystalline networks is described to create mechanical self-sustained oscillations of plastic films under continuous ...