תמיכה כספית מחטיבת מדעי הכימיה של ארגון הולנד למחקר מדעי (NWO-CW) במסגרת תכנית TOP הוא הודה.

המפולח Ag | גיבוש ZnO Nanowire בממברנות PCTE 1. PCTE ממברנה הכנה לTemplated Electrodeposition <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר קרום פוליקרבונט חרוט מסלול עם קוטר חיצוני נקבובית של 200 ננומטר ועובי של 6 (איור 2 א) מיקרומטר. הקוטר של הקרום המשמש כאן הוא 25 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גמגום שכבת זהב בישבן של הקרום (איור 2b). במקרה זה, לחץ בתצהיר של 2 x 10 -2 mbar היה בשימוש עם Ar כמקרטע גז. השתמש בתצהיר שיעור איטי של ~ 13 ננומטר / דקה. הערה: שכבת Au זה תשמש כמגע חשמלי במהלך electrodeposition. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> השתמש קלטת דו צדדית דביקה לצרף שקופיות זכוכית קטנות (1.4 x 2.1 סנטימטר) על גבי הצד מצופה הזהב של הממברנה. לשם כך, לשים ארבע רצועות קטנות של קלטת דו צדדית בשולי שקופיות הזכוכית (איור 2 ג). הערה: ודא שהקרום הוא חלק ככל האפשר, ללא כלקפלים או קמטים. שקופיות זכוכית זו משמשת כדי להבטיח electrodeposition סלקטיבית בתוך נקבוביות הקרום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> היצמד פיסה קטנה של סרט נחושת על החלק של הקרום שבולט מן שקופיות הזכוכית ליציבות מכאנית. מאז סרט נחושת מנהלת, קליפ התנין של האלקטרודה עובדת יכול להיות מחובר לסרט נחושת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> במידת צורך, לשפר את ההידבקות של הקרום לשקופית הזכוכית על ידי הצבת סרט טפלון מסביב לקצוות. הערה: לקבלת תצהירים בטמפרטורת חדר ההידבקות של קלטת דו צדדית היא בדרך כלל חזקה מספיק, אבל בטמפרטורות גבוהות מומלץ להשתמש בסרט טפלון גם כן. </li></ol> . 2 Electrodeposition של Ag | ZnO Nanowires <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה של מגזר Ag <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תמיסה מימית המכילה 0.20 M אגנו 3 (1.70 גרם לכל 50 מיליליטר) ו0.10 MH 3 BO 3 (0.31 גרם לכל 50 מיליליטר). התאם את ה-pH ל 1.5 באמצעות HNO 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים מוכןקרום יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודת התייחסות Ag / AgCl (3 M KCl) בפתרון כמו שהוכן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל פוטנציאל של +0.10 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl ל30 שניות (2d ומספרים 2 ה). הערה: למרות שכל תוכנת potentiostat תהיה שונה, צריכה את כל תוכניות קווי קלט כמו &quot;להגדיר פוטנציאלי&quot; ו &quot;משך&quot;, שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה אנא עיינו במדריך לpotentiostat וכלל תוכנה לקבלת פרטים נוספים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את האלקטרודות מהפתרון ולשטוף אותם עם מים מילי-Q. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה של מגזר ZnO <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תמיסה מימית המכילה 0.10 M Zn (NO 3) 2 · 6 שעות 2 O (g 1.49 ל50 מיליליטר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים את הפתרון ל60 מעלות צלזיוס באמצעות אמבט מים, ולשים את הקרום המכיל את קטע Ag יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודת התייחסות Ag / AgCl בפתרון המחומם. </li><li&lt;החלת פוטנציאל של -1.00 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl עבור 20 דקות (2d ומספרים 2 ה). הערה: למרות שכל תכנית potentiostat תהיה שונה, כולם צריך להיות קווי קלט כמו &quot;להגדיר פוטנציאלי&quot; ו &quot;משך&quot;, שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה אנא עיינו במדריך לpotentiostat וכלול בתוכנה לקבלת פרטים נוספים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את האלקטרודות מהפתרון ולשטוף אותם עם מים מילי-Q. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על 4x בהליך זה כדי להשיג מספיק nanowires לאות משמעותית מהחיישן H 2. </li></ol> 3. הפקת Nanowires והעברה לתמיסה מימית <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים את הקרום המכיל את nanowires משקופיות הזכוכית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העבר את החלק הזה של הקרום לצינור צנטריפוגות פוליפרופילן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף ~ 2 מיליליטר של CH 2 Cl 2 לפזר את קרום PCTE ולשחרר את nanowires לתוך התמיסה. לאחר ~ 30 דקות, הקרוםצריך להיות מומס לחלוטין (2f דמויות ו2G). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל טיפה קטנה של פתרון CH 2 Cl 2 המכיל nanowires על Si רקיק קטן לניתוח SEM. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צנטריפוגה הפתרון שהושג ב ~ 19,000 XG במשך 5 דקות, להסיר את עודפי CH 2 Cl 2, ולהוסיף CH הטרי 2 Cl 2. חזור על התהליך לפחות פי 3 כדי לוודא שכל פוליקרבונט הוסר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי הכל פוליקרבונט הוסר, להוסיף מים מילי-Q לnanowires לאחר הסרת עודפי CH 2 Cl 2. חזור צנטריפוגה 3x לפחות שוב כדי להחליף לחלוטין את כל CH 2 Cl 2 במים מילי-Q. </li></ol> גיבוש קואקסיאלי Tio 2-AG Nanowire בממברנות AAO 4. AAO ממברנה הכנה לTemplated Electrodeposition <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את קרום AAO עם גודל נקבובית של 200 ננומטר ועובי של 60 מיקרומטר ( <sטרונג&gt; איור 2 א). הקוטר של הקרום המשמש כאן הוא 13 מ&quot;מ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> גמגום שכבת זהב על הישבן של הקרום (איור 2b). במקרה זה לחץ תצהיר של 2 x 10 -2 mbar היה בשימוש עם Ar כמקרטע גז. השתמש בתצהיר שיעור איטי של ~ 13 ננומטר / דקה. הערה: שכבת Au זה תשמש כמגע חשמלי במהלך electrodeposition. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צרף את קרומי AAO לשקופיות זכוכית מצופים-Au בתצורה כמו באיור 2H באמצעות קלטת טפלון. הערה: כדי להבטיח electrodeposition סלקטיבית בתוך נקבוביות הקרום, קרום AAO צריך להיות מצורף לשקופית זכוכית קטנה בתצורה שונה מקרומי PCTE, כי קרומי AAO הם שבירים מדי עבור חיבור עם קליפ תנין. כאשר שקופיות זכוכית של 3.0 x 2.5 סנטימטר משמשת, ניתן להשתמש בשני קרומים בבת אחת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים פיסה קטנה של סרט נחושת בחלק Au המצופה של שקופיות הזכוכית לטיפול קל בעת חיבור אלקטרוdes. </li></ol> 5. אלקטרוכימי הפקדת של nanowires 2-AG טיו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנת ג&#39;ל Tio 2 <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תמיסה מימית המכילה 0.02 M TiOSO 4 (0.16 גרם לכל 50 מיליליטר), 0.03 MH 2 O 2 (0.13 מיליליטר ל50 מיליליטר), 0.05 M HNO 3 (0.15 מיליליטר ל50 מיליליטר), ו0.25 M kno 3 (ז 1.26 ל50 מיליליטר). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את הקרום מוכן יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודה השוואתי Ag / AgCl (3 M KCl) בפתרון כמו שהוכן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל פוטנציאל של -1.0 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl ל3.5 שעה (2d דמויות ו2E). הערה: למרות שכל תוכנת potentiostat תהיה שונה, צריכה את כל תוכניות קווי קלט כמו &quot;להגדיר פוטנציאלי&quot; ו &quot;משך&quot;, שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה אנא עיינו במדריך לpotentiostat וכלל תוכנה לקבלת פרטים נוספים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את האלקטרודות מהפתרון ואין לשטוףהממברנה עם מים מילי-Q, כי ג&#39;ל Tio 2 הוא עדיין מסיס במים. ניתן לשטוף אלקטרודות האחרות עם מים מילי-Q. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה של nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תרמית לחשל את הקרומים עם הג&#39;ל Tio 2 בתנור ב 650 מעלות צלזיוס למשך 2 שעות באוויר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר מחדש את הקרום לשקופית זכוכית מצופה זהב. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תמיסה מימית המכילה 0.20 M אגנו 3 (1.70 גרם לכל 50 מיליליטר) ו0.10 MH 3 BO 3 (0.31 גרם לכל 50 מיליליטר). התאם את ה-pH ל 1.5 באמצעות HNO 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את הקרום מוכן יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודה השוואתי Ag / AgCl (3 M KCl) בפתרון כמו שהוכן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל פוטנציאל של +0.10 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl ל1.5 דקות (2d ומספרים 2 ה). הערה: למרות שכל תוכנת potentiostat תהיה שונה, צריכה את כל תוכניות קווי קלט כמו שורר להגדיר &quot;משך ntial &quot;ו&quot; &quot;, שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה אנא עיינו במדריך לpotentiostat וכלול בתוכנה לקבלת פרטים נוספים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את האלקטרודות מהפתרון ולשטוף אותם עם מים מילי-Q. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכנה של חלקיקי Ag התאגדו בTio 2 צינורות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מחממים את הקרומים עם לילה ג&#39;ל Tio 2 ב100 ° C. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן תמיסה מימית המכילה 0.20 M אגנו 3 (1.70 גרם לכל 50 מיליליטר) ו0.10 MH 3 BO 3 (0.31 גרם לכל 50 מיליליטר). התאם את ה-pH ל 1.5 באמצעות HNO 3. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את הקרום מוכן יחד עם האלקטרודה נגדית Pt ואלקטרודה השוואתי Ag / AgCl (3 M KCl) בפתרון כמו שהוכן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> החל פוטנציאל של +0.10 V לעומת אלקטרודה ההשוואתית Ag / AgCl ל1.5 דקות (2d ומספרים 2 ה). הערה: למרות שכל תוכנת potentiostat תהיה שונה, כל התוכניות צריכה קווי קלט אוהבים &quot;להגדיר את פוטנציאל &quot;ו&quot; משך &quot;, שבו יכולים להיות מלאים בערכים אלה פנימה נא עיינו במדריך לpotentiostat וכלל תוכנה לקבלת פרטים נוספים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את האלקטרודות מהפתרון ולשטוף אותם עם מים מילי-Q. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חזור על תהליך זה כדי לקבל לפחות 10 קרומים מלאים בnanowires / צינורות להשיג מספיק חומר לאות משמעותית מחיישן H 2. </li></ol> 6. הפקה של צינורות ו nanowires <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חותכים את הקרום המכיל את צינורות או nanowires משקופיות הזכוכית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> העבר את החלק הזה של הקרום לתוך צינור צנטריפוגות פוליפרופילן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף ~ 2 מיליליטר של תמיסה מימית המכילה 1.0 M NaOH לפזר את קרום AAO ולשחרר את צינורות או nanowires לתוך התמיסה. לאחר ~ 2 שעות, הקרום צריך להיות מומס לחלוטין (2f דמויות ו2G). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צנטריפוגה הפתרון שהושג ב ~ 19,000 XG במשך 5 ק&quot;מn, להסיר את פתרון NaOH מוגזם, ולהוסיף מים מילי-Q טריים. חזור על התהליך לפחות פי 3 כדי לוודא שכל NaOH הוסר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי הכל NaOH הוסר, ההשעיה המימית יכולה לשמש לH 2 ניסויי היווצרות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לחלופין, להוסיף CH 2 Cl 2 או אחר ממס נדיף לצינורות וnanowires לאחר ההסרה של עודפי מים להדמיה של צינורות או nanowires מוכנים עם SEM. חזור צנטריפוגה לפחות פי 3 כדי להחליף את כל המים לחלוטין על ידי הממס תנודתי. להפקיד טיפה קטנה של התמיסה המכילה צינורות או nanowires גבי סי רקיק קטן. </li></ol> H 2 ניסויי גיבוש 7. הכנת חיישן המימן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> קח את חיישן מבוסס מימן-PD. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> מקם את החיישן בתוך התוספת NS שמתאימה על גבי שפופרת קוורץ. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר את החיישן לגשר ויטסטון סטנדרטי כפי שמודגםבאיור 3. </li></ol> 8. גיבוש מימן Photocatalytic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שים את פתרון nanowire המימית בתוך שפופרת קוורץ 72 מיליליטר. להוסיף עוד מים עד סך של 10 מיליליטר מים בתוך צינור קוורץ. לאחר מכן להוסיף 40 מתנול מיליליטר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להתחיל להקליט את האות מ H 2 החיישן מבוסס Pd לפני הצבתו על החלק העליון של צינור קוורץ ולפקח על הווריאציה באות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר ~ 200 שניות של אות יציבה, לשים את חיישן H 2 בחלק העליון של צינור קוורץ ובמקביל להפוך למקור אור UV כדי להתחיל את המדידה בפועל. הערה: בניסויים אלה, מקור UV הוצבה כ 10-15 סנטימטר מן המדגם. </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.

חשוב מאוד בelectrodeposition בתבניות של nanowires הוא בידוד של הצד האחורי של האלקטרודה הזהב גמגמה בחלק העליון של הקרום. ללא בידוד, החומר הייתי מעדיף להפקיד על משטח הזהב בצד האחורי של הקרום במקום בתוך הנקבוביות. סיבה לכך הוא דיפוזיה של יונים לאלקטרודה שטוחה היא הרבה יותר מהר מאשר דיפוזיה לתוך הנקבוביות בממברנה. חסרון נוסף של תצהיר בשני הצדדים של האלקטרודה הזהב הוא שהעקומה הוא השיג לא יכול להיות קשור לכמות והאורך של nanowires המופקד. באיור 4, ניתן לזהות מספר שלבים בתצהיר של מגזר Ag (א) או ליבת Ag (ב). השלב הראשון של כל ניסוי electrodeposition טעינה של השכבה הכפולה החשמלית, אשר מלווה בעלייה פתאומית בזרם שיורדת לאט כשכבה הכפולה החשמלית מגיעה לשיווי המשקל שלה. כמו פו קרום PCTEיש לי מיל מWhatman סיגרים צורה, העליות הנוכחיות ובשלב השני כאת שטח הפנים של עליות בתצהיר, שהובילו להדחתו של חומר נוסף באותו הזמן, ואספקה ​​מהירה יותר של מגיבים שכן פני השטח של nanowire מתקרב כניסה של הנקבוביות בממברנה. בשלב השלישי, השינוי בשטח הוא מינימאלי, מה שמוביל למדרון קטן יותר של זרם גובר שכן רק את ההשפעה של אספקה ​​מגיב מהר יותר גלוי בשלב זה. אנא שים לב כי במקרה של הפקדת nanowires המפולח המכיל גם מתכת וקטע תחמוצת, סדר electrodeposition בתוך הנקבוביות צריך להיקבע על ידי לקיחה את המסיסות של השלבים שהופקדו בפתרונו של זה באופן מפורש בחשבון. במקרה זה, מגזר Ag הופקד לפני קטע ZnO כמו ZnO הייתי מתמוסס באגנו 3 התמיסה חומצית. במקרה של טביעה nanowire מפולח המכיל מתכת אצילה ופחות noble אחד, למשל Pt וניקל, תגובת החלפת גלווני של Ni ידי Pt צריך להילקח בחשבון. תגובת החלפת גלווני זה ניתן לדכא באמצעות overpotential גדול יותר כפי שפורט בפרסום קודם 54. הבחירה או באמצעות PCTE או קרומי AAO לnanowire או סינתזת Nanotube מבוססת בדרך כלל על האם או לא צעד חישול תרמית הוא רצוי לחומר של בחירה. ללא הצורך בצעד חישול, קרומי PCTE קלים יותר לטפל וניתן להשיג ממברנות טובות יחסית מבחינה מסחרית. לחישול בטמפרטורה גבוהה, נדרש השימוש בממברנות AAO. קרומים אלו אינם גמישים כמו קרומי פוליקרבונט והם מאוד שבירים. כמה ממברנות AAO מסחריות זמינות, אבל את האיכות של קרום תוצרת בית AAO באמצעות anodization 2 שלבים היא הרבה יותר טובה. לשם כך, כמה מתכונים זמינים 55,56. H מבוסס-PD 2 </sub&gt; חיישן השתמש במחקר זה הוא שיטה קלה וזולה יחסית לקביעה אם H 2 יצר או לא. למרבה הצער, זה לא מתאים למדידות כמותיות בשל הרגישות הצולבת ממסים נדיפים כמו מתנול, חוסר היכולת המהותית לזהות H המומס 2 בפתרון מתנול / מים, והתגובה שאינו ליניארי שלה כפי שניתן לראות בצורת עקומות באיור 8. מדידות כמותיות ניתן לבצעו בהתקנה עם כניסת GC מחוברת למרחב הראש מעל את תערובת מתנול / מים, שהוא ציוד מיוחד שאינו זמין בכל מעבדה. H היווצרות 2 באמצעות Ag | nanowires ZnO חדל בדרך כלל לאחר ~ 48 שעות של תאורת UV כפי שמעיד היווצרות בועת הגז הופסקה. הסיבה לירידה בפעילות היא photocorrosion של ZnO על פי התגובה 57-60 הבא: ZnO + 2H + → Zn 2 + +1/2 O 2 (8) תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של Ag photocorroded |. Nanowires ZnO מוצג באיור 9 ניתן לראות החל מנתון זה, את פני השטח של מגזר ZnO הפכו הרבה יותר קשוחות יותר על תאורת UV בהשוואה לחוטים כ- מסונתזים של איור 5 כאשר מתלים אחר. קבוצה של Ag | nanowires ZnO באותו הפתרון בחושך במשך 48 שעה, אין סימן של קורוזיה נמצאה. זה אישר כי קורוזיה שנצפתה אכן נבעה מphotocorrosion ולא מקורוזיה אלקטרוליטי. בספרות, במספר שיטות כבר דיווחו על עיכוב של photocorrosion ZnO, כוללים הכלאה של חלקיקי ZnO עם monolayer של polyaniline או C 60 והשתלה של nanorods ZnO על Tio 2 צינורות 59,61,62. electrodeposition Templated של nanowires axially או רדיאלית המפולח הוא פלטפורמה מושלמת לתצהיר של n multisegmentedanowires כי הם מסוגלים לבצע יותר מאשר פונקציה אחת בו זמנית, שבי Ag | ניתן ליישם מגזרי ZnO כמו אלמנטי הפוטו. בפרסום קודם, תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים סורקת של nanowire יחיד המכיל שישה קטעים הוצגה: Pt | Au | Pt | ניקל | Ag | ZnO. כגון nanowire יכול לשמש לתנועה אוטונומית (Pt | Au | Pt), היגוי מגנטי (Ni) והפוטו H 2 היווצרות (Ag | ZnO) 53. לסיכום, פרוטוקול פשוט לסינתזה של Ag המפולח | nanowires ZnO וnanowires Tio 2-AG קואקסיאליים ידי electrodeposition בתבניות מסופקים. שיטה חצי כמותית כדי לקבוע את פעילות photocatalytic של nanowires כגון הודגמה באמצעות המרת photocatalytic של מתנול ומים לתוך H 2 ו-CO 2 תחת תאורת UV. זה שחזה כי nanowires מתכת תחמוצת המתכת אלה יכולים לשמש בnanowires רב תכליתי ומכשירי nanowire אחרים.

בשל ממדיהם הקטנים ויחס שטח בנפח גדול, nanowires הם אובייקטים חד ממדיים מאוד מבטיחים, שניתן להשתמש במגוון רחב של יישומים ביו וnanotechnological 1. בספרות, nanowires רבים המכיל רכיב אחד עם מאפיינים פונקציונליים דווח 2-7. אבל כאשר חומרים מרובים (מתכות, פולימרים ותחמוצות מתכת) משולבים ברצף בתוך nanowire יחיד, יכול להתבצע nanowires רב תכליתי 8, 9. כאשר כמה מגזרים מחוברים בתוך nanowire יחיד, מאפיינים פונקציונליים עשויים להיראות שלא היו קיימים כאשר רק קטעים הבודדים היו בשימוש. לדוגמא, nanomotors מכיל קטעי Au וPt בתוך nanowire בודד דווחו שעבר באופן עצמאי כאשר הוא ממוקם במי חמצן 4. טכניקות מתאימות להיווצרות של nanowires multisegmented הן חדירה וelectrodeposition בתבניות &lt;sup&gt; 8, 9. ב1987, פנר ומרטין היו הראשון לפרסם את השימוש בelectrodeposition בתבניות ליצירת nanowires Au בקרומי פוליקרבונט 10. מאז, חוקרים רבים אחרים החלו להשתמש בתבניות electrodeposition לסינתזה של nanowires עם ממדים שונים, תוך שימוש בממברנות פוליקרבונט חרוט מסלול (PCTE) או תחמוצת אלומיניום קרומים (AAO) ותבניות 11. היתרונות של שימוש בתבניות electrodeposition לסינתזת nanowire הם הטבע החסכוני כelectrodeposition מבוצע בדרך כלל בתנאים קלים, האפשרות ליצירת nanowires משני מתכות, תחמוצות מתכת ו / או פולימרים, והיכולת שלה ליצור העתק מדויק של שלילי התבנית משמשת 11. יתר על כן, יכול להיווצר nanowires המפולח על ידי בתצהיר רציף של שניים או יותר שלבים שונים, וכאשר Nanotube של אחד משני השלבים יכוללהתבצע על ידי electrodeposition בתבניות, nanowires קואקסיאליים המכיל שני שלבים שונים יכול להתבצע. ניתן electrodeposited תחמוצות מתכת כאשר יוני מתכת בהתאמה הם לא מסיסים בתמיסות מימיות ב-pH הגבוה. לחמצן יש צורך, ניתן להשתמש בו שלושה מבשרים שונים, יונים כלומר ניטראט 12-15, מימן פרוקסיד 13, 16, 17, וחמצן מולקולרי 18. עם השימוש ביונים חנקה, כמו בפרוטוקול זה, יישום של פוטנציאל שלילי יותר -0.9 V לעומת Ag / AgCl מוביל לחומציות מוגברת באופן מקומי על ידי הפחתה של ניטראט על הקתודה 19, 20: NO 3 - + H 2 O + 2e - → NO 2 - + 2OH -. (1) כאשר תמיסת אלקטרוליט מחוממת ל60-90 ° C, nanowires ZnO יהווה מצין זירזהידרוקסיד ג: Zn 2 + + 2OH - → ZnO + H 2 O. (2) על פי בקשה של פוטנציאל האלקטרודה עובדת, אשר ממוקמת בתחתית הנקבובית בelectrodeposition בתבניות, את ה-pH בתוך הנקבובית היא באופן מקומי מוגברת וכתוצאה מכך היווצרות nanowire המקומית. מאז ZnO הוא מוליכים למחצה מסוג n, תגובות (1) ו (2) יכולות להמשיך בממשק ZnO / אלקטרוליט, וכתוצאה מכך היווצרות של גבישים וnanowire הצפוף ZnO 21, 22. מספר שיטות קיימות לסינתזה של 2 צינורות טיו, אבל להקמת מבנה הקואקסיאלי באמצעות תהליך electrodeposition רציף, שיטת סול ג המושרית אלקטרוכימי היא מתאימה ביותר. שיטה זו לelectrodeposition קתודית של 2 סרטי TIO הוצגה לראשונה על ידי נטריגין et al. ב1996 23. והייתה further משופר על ידי Karuppuchamy et al. ב2001 19, 24. באמצעות שיטה זו, אבקת oxysulfate טיטניום (TiOSO 4) היא מומס בתמיסה מימית של מי חמצן (H 2 O 2) על הקמתה של peroxotitanate מורכב (טי (O 2) SO 4): TiOSO 4 + H 2 O 2 → טי (O 2) SO 4 + H 2 O. (3) על פוטנציאל שלילי יותר -0.9 V לעומת Ag / AgCl, pH על פני השטח האלקטרודה הוא גדל על ידי הפחתה של ניטראט (תגובה (1)), ויוצר ג&#39;ל טיטניום הידרוקסיד 19, 20: טי (O 2) SO 4 + 2OH -. + (X +1) H 2 O טיו (OH) 2 → XH 2 O + H 2 O 2 + SO 4 2 -. (4) Natarajan et al. ניתוח תרמי ההפרש משמש כדי למצוא מים, כי הוא הוצא מג&#39;ל סביב 283 מעלות צלזיוס במהלך חישול תרמית, מה שגורם להיווצרות של Tio 2 שלב אמורפי 23. לסרט מישוריים, התגבשות לשלב anatase מתרחשת כאשר הטמפרטורה עולה מעל 365 ° C 23, 25, תוך התגבשות מתרחשת בטמפרטורה שבין 525 ו550 מעלות צלזיוס כאשר תבנית AAO משמשת 25. טיו (OH) 2 · XH 2 O → Tio 2 + (x +1) H 2 O. (5) הקוטר הנקבובית של תבנית AAO משמשת קובע אם nanowire מוצק או Nanotube הפתוח יוקמו. בתצהיר בתבנית בקוטר נקבובית קטן תוצאות (~ 50 ננומטר) בהיווצרות nanowire 20, 26, תוך יישום באותה השיטה בתוך נקבובית עם קוטר גדול יותר (~ 200 ננומטר) תוצאות בהיווצרות Nanotube 25. סיבה לכך הוא קריסת ג&#39;ל יכולה להתקיים עם ההסרה של עודפי מים. בתחילת 1970s, פוג&#39;ישימה והונדה היו הראשון לפרסם את מערכת לפיצול מים ישיר תחת אור UV, שבוצע על ידי אלקטרודה רוטיל מצמידים את אלקטרודת פלטינה 27, 28. מאז, למעלה מ 130 חומרים מוליכים למחצה זוהו כphotocatalysts 29-31. מבין אלה, טיטניום דיאוקסיד 32-36, תחמוצת אבץ 37-40, ותחמוצת ברזל 41, 42 הם בין החומרים הנחקרים ביותר באופן אינטנסיבי. יחס שטח לנפח של חומרים אלה ניתן להגדיל באופן דרסטי כאשר חלקיקים או nanowires משמשים, מה שמוביל ליעילות משופרת photocatalytic 29, 30, 43-49. לבנייה של Ag photocatalytic | nanowires ZnO, ZnO, שהוא n-typ photoactiveמוליכים למחצה בדואר, היה קשור עם Ag באמצעות electrodeposition הרציף בתוך אותה התבנית 50. בתוך nanowire אחד כזה, שphotoanode ZnO וקתודת Ag הם מצמידים ישירות ללא הצורך של מעגל חיצוני המחבר את האלקטרודות, שהנו בניגוד למצב בתאי פוטו ואלקטרוכימיים קונבנציונליים. זה מפשט את ארכיטקטורת מכשיר משמעותי ומגביר את היעילות על ידי הפחתה של הפסדי Ohmic במערכת. מגזרי ZnO וAg היו מצמידים מאז הזיקה האלקטרונית של ZnO (4.35 eV לעומת ואקום) הוא קרוב מאוד לפונקצית העבודה של Ag (4.26 eV לעומת ואקום). זה גורם להיווצרות של מחסום שוטקי בין שני השלבים 51, המאפשר לאלקטרונים נרגשים בפס ההולכה של ZnO לזרום לAg, אך לא להיפך, ולכן אוסר את הסיכוי לרקומבינציה אלקטרון חור 52. שלב wurtzite הפעיל של ZnO יכול להיווצר כבר ב60-90 מעלות צלזיוס, אשר מספקת דרך קלה וחסכונית של nanowהיווצרות זעמם. זאת בניגוד למרבית תחמוצות photoactive האחרות שדורשות צעד חישול ביניים בטמפרטורות גבוהות כאשר נעשה באמצעות electrodeposition קתודית. המרה של מתנול ומים למימן ופחמן דו חמצני הייתה בשימוש כתגובת מודל כדי להדגים את השימוש בnanowire מפולח המכיל מתכת ושלב תחמוצת מתכת לH האוטונומי 2 היווצרות תחת השפעה של אור UV. בניסוי זה, מתנול משמש כנבלות חור שהוא מתחמצן ל-CO 2 במגזר ZnO, בעקבות התגובה נטו CH 3 OH + H 2 O + 6 שעות + → CO 2 + 6 שעות +, (6) שם + h מייצג חור אלקטרון. הפרוטונים נוצרו במגזר ZnO מופחתים לH 2 על פני השטח Ag, בעקבות התגובה 2H + + 2 ה -594; H 2. (7) מכיוון שהאנרגיה הכוללת הדרושה לתגובות (6) ו (7) קטן בהרבה מהפער של להקת ZnO (0.7 ו3.2 eV, בהתאמה), תהליך זה יכול להתקיים ללא הצורך במקור מתח חיצוני. תהליך זה בא לידי ביטוי באופן סכמטי באיור 1. בפרוטוקול זה, הליכי הניסוי של electrodeposition בתבניות ליצירת nanowires המפולח וקואקסיאליים המכיל גם מתכות ומוליכים למחצה שלב מוסברים. הליך להקמת Ag המפולח | nanowires ZnO מתואר, כמו גם את הקמתה של 2 צינורות טיו והמילוי הבא שלהם עם Ag להניב nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים. יתר על כן, פעילות photocatalytic של Ag | nanowires ZnO מודגם על ידי המרת תערובת מתנול / מים לתוך H 2 וגז CO 2 על הקרנה עם אור האולטרה סגול ההעסקה מבוססת-PDחיישן לזיהוי H 2. הדגש של פרוטוקול זה הוא בהכנה ואפיון photocatalytic של שתי תחמוצת מתכת שונה מפולחת | ניתן למצוא מודולים nanowire המתכת, ויותר טיפול ודוגמא של nanowire רב תכליתי לעומק במקומות אחרים 53. ניתן למצוא גם את תגובת פיצול מים שהועסקה באמצעות nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים מקום אחר 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

ננו Photocatalytically הפעיל דורש שטח מסוים גדול עם נוכחותם של אתרים פעילים catalytically רבים במחצית תגובות חמצון וחיזור, ואלקטרונים במהירות דיפוזיה והפרדת מטען (חור). Nanowires להציג ארכיטקטורות מתאימות כדי לעמוד בדרישות אלה. Axially המפולח Ag | ZnO וnanowires (קואקסיאלי) Tio 2-AG המפולח רדיאלית בקוטר של 200 ננומטר ואורך של 6-20 מיקרומטר נעשו על ידי electrodeposition בתבניות בתוך הנקבוביות של תחמוצת אלומיניום (PCTE) או בציפוי אנודייז חרוט מסלול פוליקרבונט קרומים (AAO), בהתאמה. בניסויים photocatalytic, 2 שלבי ZnO והדוד פעלו כphotoanodes, וAg כקתודה. אין צורך במעגל החיצוני כדי לחבר את שני אלקטרודות, וזה יתרון מרכזי על פני תאי פוטו ואלקטרוכימיים קונבנציונליים. להכנת Ag המפולח | nanowires ZnO, אלקטרוליט מלח Ag הוחלף לאחר היווצרותו של מגזר Ag כדי ליצור קטע ZnOttached למגזר Ag. להכנת nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים, ג&#39;ל Tio 2 הוקם לראשונה על ידי שיטת סול ג המושרית אלקטרוכימי. ייבוש וחישול תרמית של Tio 2 ג&#39;ל הבנוי כגרמו להיווצרות של גבישי Tio 2 צינורות. צעד electrodeposition Ag שלאחר מכן בתוך Tio 2 צינורות הביא להיווצרות של nanowires Tio 2-AG קואקסיאליים. בשל השילוב של מוליכים למחצה מסוג n (ZnO או Tio 2) ומתכת (Ag) בתוך אותו nanowire, מחסום שוטקי נוצר בממשק שבין השלבים. כדי להדגים את פעילות photocatalytic של nanowires אלה, Ag | nanowires ZnO שימש בניסוי הפוטו בי H 2 גז זוהה על תאורת UV של nanowires המפוזר בתערובת מתנול / מים. אחרי 17 דקות של תאורה, H כ 0.2% כרך 2 גז התגלה מהשעיה של ~ 0.1 גרם של Ag | ZnOnanowires בתמיסה מימית מתנול 50 מיליליטר 80% כרך.

במהלך electrodeposition, ניתן דמיינו הנוכחי שנמדד בין האלקטרודות העבודה ודלפק בעקומה זה. מאז הנוכחי קשור באופן ישיר לכמות חומר שהופקד באמצעות חוק פארדיי, הנוכחי נצפו הוא אינדיקציה חשובה לאופן שהתמורה בתצהיר. עקומות זה אופייני לתצהיר של Ag | nanowires ZnO וTio 2-AG מוצגות באיור 4 תמונות אופייניות SEM של Ag |. nanowires ZnO, 2 צינורות טיו, nanowire Tio 2-AG קואקסיאליים וצינורות Tio 2 / Ag יכול להיות מצא באיור 5 ואיור 6, בהתאמה. תוך שימוש בשיטת סול ג המושרה אלקטרוכימי לתצהיר של ג&#39;ל טיטניה בתוך התבנית וelectrodeposition הרציף של Ag יכול לגרום לשני מבנים שונים בהתאם לטמפרטורה המשמשת לייבוש ג&#39;ל. ייבוש של ג&#39;ל הלילה בשעה 100 תוצאות מעלות צלזיוס בCondensation של ג&#39;ל, ומונע לredissolve במים. מאחר שלא צורה צינורי צפופה טרם נוצרה בטמפרטורה זו, גרעיני Ag מופקדים בתוך הג&#39;ל טיטניה. חישול הבא ב650 ° C תוצאות בהיווצרות חלקיקי Ag התאגדו בNanotube Tio 2 (איור 6 ג), שכן הקריסה של ג&#39;ל טיטניה גורמת לחלקיקי Ag להיות מועברים אל הקירות הנקבוביות. לעומת זאת, חישול בטמפרטורה גבוהה של ג&#39;ל טיטניה לפני electrodeposition Ag מוביל להיווצרות של Tio 2 צינורות מוצקים. במקרה זה, nanowires Ag יכול להיות מופקד בתוך צינורות אלה, מה שמוביל להיווצרות של nanowires Tio 2-AG עם ארכיטקטורת קואקסיאלי (6b איור). הפעילות של Ag המפולח | nanowires ZnO בפיצול המים photocatalytic ניתן לחקור באמצעות פתרון מתנול / מים תחת תאורת UV, שבו מעשי מתנול כמחסל חור. מבחינה טכנית פתישיטת le לזהות מימן גזים מתפתחים מהפתרון מתקבלת על ידי הצבת חיישן 2 H ישירות מעל הפתרון (איור 7). ניסוי זה מזהה רק את הסכום של H 2 שהגיע לחיישן, כך שהסכום בפועל של H נוצרה 2 יכול להיות גבוה יותר כחלק H 2 יישאר מומס בשלב מתנול / מים. האות כפי שזוהה על ידי החיישן שמוצגת באיור 8 א. איור 8b מראה את אותו האות אחרי שינוי לטווח הזמן של H 2 היווצרות בפועל. כאשר מקור אור UV היה מופעל (t = 17.5 דקות באיור 8 א), את האות יורדת באופן משמעותי בשל הרגישות לאור של החיישן. מייד אחרי ירידה זו באות, התגובה מתחילה וכתוצאה מכך לרגע זה הוגדר כt = 0 דקות ב8 ב איור, ואת האות המקבילה הוגדרה כ0 V. במהלך החשיפה לקרינת UV של המבחנה, זה היה גם נראה שגז קטן bubbles נוצרו. מאז החיישן המשמש הוא מעט חוצי רגיש למתנול, המדידה של מדגם התייחסות ללא nanowires נכללה גם. במהלך תאורת UV, איור 8 מראה שהאות מהמדגם עם nanowires היא גבוהה יותר מאשר האות ממדגם ההתייחסות. העלייה בפוטנציאל היא מדד ביחס לכמות גזי H 2 שיוצרת ומתפתח מהפתרון. על מנת לתת הערכה כמותית לסכום של H התפתח 2, התגובה האפשרית של החיישן מהניסויים הפוטו הייתה בהשוואה לתגובה שלה בגובה 4% כרך 2 בN 2 זרם גז. מההשוואה, הוערך כי 17 דקות של תאורת UV של Ag | nanowires ZnO גרמו להיווצרות של כ 0.2% כרך H 2 בנפח הגז מעל לפתרון. מאז ~ 0.1 גרם של nanowires היה בשימוש, זה שווה לשיעור אבולוציה H 2 של 6.92 x 10<html> -6 Mol / hr · גרם. כנקודת התייחסות, ניסויים עם nanowires ZnO או Ag חד פאזיים היו גם ביצעו. ניסויים אלה, לא מוצגים כאן, לא נותנים שום אינדיקציה להיווצרות H 2; לא מהיווצרות בועת גז ולא מאות חיישן. <img alt="איור 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig1highres.jpg" width="500" /> איור 1 עיקרון עבודה של Ag המפולח | nanowire ZnO בפיצול המים photocatalytic:. (א) ייצוג סכמטי, ו (ב) תרשים אנרגיה. כאשר אור UV נספג על ידי מגזר ZnO, זוג אלקטרון חור נוצר. האלקטרונים בנויים כלזרום לשלב Ag שבו הם נצרכים בחצי תגובת ירידת אלקטרוכימי. נשאר החור במגזר ZnO שבו הוא נצרך בחצי תגובת חמצון.מקבל = &quot;_blank&quot;&gt; לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר. <img alt="איור 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig2highres.jpg" width="500" /> איור 2. ייצוג סכמטי של הצעדים רצופים נלקחו לסינתזת nanowire. <img alt="איור 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig3highres.jpg" width="500" /> איור 3. מעגל הפעלה אופייני של חיישן H 2 עם גשר ויטסטון. לפי שיטה זו, פין 1 עד 4 מתייחסים לחיווט של החיישן (פין 1 הוא שחור, הסיכה 2 היא כחולה, פינים 3 הוא לבנים, הסיכה 4 היא חום ), H R הוא ההתנגדות של דוד (150 ± 50 Ω), r R הוא ההתנגדות של ההתייחסות (1,500 ± 500 Ω), R ים הוא את ההתנגדות של החיישן (1<html> , 000 ± 250 Ω). החיישן מחובר ל12 V מקור כוח, כך ש0.5-1.0 V מוחלים על דוד ו2.7 V מוחלים על הגשר ויטסטון. V מתוך מחובר למודד / potentiostat. ההתנגדות הבאה לפין 2 היא משתנה ויכולה להיות מותאמת על מנת לקבל נקודת התחלה מתאימה. <img alt="איור 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig4highres.jpg" width="500" /> איור 4 עקומות זה אופייניים () Ag |.. תצהיר nanowire ZnO, ו (ב) בתצהיר nanowire Tio 2-AG ריבועי מראים עקום מוגדלת של התצהיר של מגזר Ag (א) או ליבת Ag (ב). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig4highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> ther.within-page = &quot;תמיד&quot;&gt; <img alt="איור 5" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig5highres.jpg" width="500" /> תמונת איור 5 סריקה מיקרוסקופית אלקטרונים (SEM) של ZnO המפולח axially |. nanowires Ag. <img alt="איור 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig6highres.jpg" width="500" /> איור 6. תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים סורקות של () Tio 2 צינורות, (ב) nanowire Tio 2-AG קואקסיאליים ו (ג) צינורות Tio 2 / Ag. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig6highres.jpg" target="_blank">לחצו כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig7highres.jpg" width="500" /> איור 7. התקנה אופיינית לגילוישל H 2 גז התפתח מnanowires photocatalytic. H 2 החיישן מבוסס PD הוא להציב את תקע NS של קובט קוורץ, ומחובר למגבר (ראה איור 3). המגבר מופעל על ידי מקור 12 V כוח ואת האות מהחיישן נקרא על ידי מודד (או potentiostat) מחובר למחשב לייצוג גרפי של האות המתקבל. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig7highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig8highres.jpg" width="500" /> איור 8 תגובה מH החיישן 2 במהלך הקרנת UV של Ag |.. Nanowires ZnO בפתרון מתנול / מים (קו אדום) וניסוי התייחסות ללא nanowires (קו כחול) () האות כפי שהיא נמדדת על ידיחיישן; (ב) אות במהלך H 2 היווצרות, שבו נקודת נתונים בזמן t = 17.5 דקות של (א) הוגדרה כתחילת התגובה ב( ב). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig8highres.jpg" target="_blank">לחץ כאן לצפייה בתמונה גדולה יותר.</a> <img alt="איור 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig9highres.jpg" width="500" /> . איור 9 תמונה מיקרוסקופ אלקטרונים סורק של Ag photocorroded | nanowire ZnO לאחר 48 שעות של תאורת UV.

Watch this Scientific Journal Video about Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition at JoVE.com

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.

אופן ההכנה ושימוש בPhotocatalytically פעיל מקוטע Ag | ZnO וקואקסיאלי טיו<sub&gt; 2</sub&gt;-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition

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

21.7K Views.  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.

Video: 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.

מערך צפיפות ultrahigh של nanowires אורגני קטן מולקולרי בציר אנכי על מצעים שרירותיים

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

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.

חד שכבתי לתקשר סימום של משטחי סיליקון וNanowires שימוש בתרכובות זרחן אורגניות

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.

באתרו ניוטרון אבקת השתברות שימוש בסוללות ליתיום-יון מתוצרת מותאמת אישית

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

Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the balls. Among other applications, it is a versatile technique that allows for effective preparation of gasless reactive nanostructured materials with high energy density per volume (Ni+Al, Ta+C, Ti+C). The structural transformations of reactive media, which take place during HEBM, define the reaction mechanism in the produced energetic&#160;composites. Varying the processing conditions permits fine tuning of the milling-induced microstructures of the fabricated composite particles. In turn, the reactivity, i.e., self-ignition temperature, ignition delay time, as well as reaction kinetics, of high energy density materials depends on its microstructure. Analysis of the milling-induced microstructures suggests that the formation of fresh oxygen-free intimate high surface area contacts between the reagents is responsible for the enhancement of their reactivity. This manifests itself in a reduction of ignition temperature and delay time, an increased rate of chemical reaction, and an overall decrease of the effective activation energy of the reaction. The protocol provides a detailed description for the preparation of reactive nanocomposites with tailored microstructure using short-term HEBM method. It also describes a high-speed thermal imaging technique to determine the ignition/combustion characteristics of the energetic materials. The protocol can be adapted to preparation and characterization of a variety of nanostructured energetic composites.

This protocol describes the preparation of gasless nanostructured energetic materials (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) using the short-term high-energy ball milling (HEBM) technique. It also describes a high-speed thermal imaging method to study the reactivity of mechanically fabricated nanocomposites. These protocols can be extended to other reactive nanostructured energetic materials.

חומרים אנרגטיים הכנה ותגובתיות של Gasless Nanostructured

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the ...

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.

שיטה חסכונית ואמינה לחיזוי לחץ מכאני בSingle-שימוש ומשאבות רגילים

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.

תהודה ראמאן ספקטרוסקופיה של Nanowires אקסטרים מערכות 1D אחרים

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.

שיטת ייצור למוליכים מאוד מתיחה עם Nanowires הכסף

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.

מעקב הכנה 3D של התקנים שחייה קטליטי

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

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.

הכנה של גביש נוזלי רשתות מאקרוסקופית תנועה מתנדנדות המושרה על ידי אור

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

אופן ההכנה ושימוש בPhotocatalytically פעיל מקוטע Ag | ZnO וקואקסיאלי טיו

Summary

Explore More Videos

Chapters in this video