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

1. סינתזה של monometallic כמוס-סיליקה או בי-מתכתיים Metal Oxide חלקיקים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן את microemulsion ההפוך <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 240 מיליליטר של n-heptane נטול מים לL נקי, תנור מיובש 1 סיבוב בקבוק תחתון (RBF) המכיל בר ומערבבים מגנטי מיובש בתנור באמצעות גליל נקי, מיובש בתנור סיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 54 מיליליטר של polyoxyethylene (4) אתר אוריל לn-heptane תחת ערבוב מתמיד. הערה: בגלל הצמיגות הגבוהה ומתח הפנים נמוכים של חומרים פעילי שטח זה, יש להשתמש במזרק נקי, יבש 60 מיליליטר להשיג כרכים מדויקים במקום גליל סיים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 7.8 מיליליטר של ultrapure, מים ללא יונים (DI) תחת בחישה מתמדת בעזרת פיפטה. חותם את RBF עם פקק גומי ושעוות Parafilm. בואו RME לערבב במשך לפחות 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 0.1-0.5 מיליליטר של הכיתה מגיב NH 4 OH לתחליב אם הוא רצוי כדי לצמצם את זמן הידרוליזה. הערה: מבשרי alkoxide מתכת חלק הידרוlyze לאט ב- pH הניטרלי. בואו RME לערבב לפחות עוד 10 דקות לאחר הוספת NH 4 OH. כדוגמא מייצגת, הוספת 0.5 מיליליטר של NH 4 OH מומלץ לסינתזות מעורבות טיטניום (IV) isopropoxide. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הכן מבשר alkoxide מתכת, אלכוהול, וn-heptane פתרון <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חבר, RBF 250 מיליליטר מיובש בתנור נקי לקו Schlenk ומיושר עם חנקן. לחלופין, מקום, RBF 250 מיליליטר מיובש בתנור הנקי לתא כפפות חנקן יבש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 12 מיליליטר של 5% w / isopropoxide טונגסטן נ (WIPO) בisopropanol באמצעות מזרק נקי ויבש. בשלב זה, ניתן גם להוסיף alkoxides מתכת אחרת, כגון טנטלום isopropoxide (V) (TaIPO), מוליבדן isopropoxide (V) (MoIPO), ניוביום isopropoxide (V) (NbIPO), טיטניום (IV) isopropoxide (TiIPO), ניקל methoxyethoxide (II) (NiMEO), קובלט (II) isopropoxide (CoIPO), וכו &#39; ניתן לרכוש alkoxides מתכת מסחרי או מסונתז על ידי התוספת של anhydro: הערהשלנו אלכוהול למלח כלוריד המתכת המתאים באמצעות קו Schlenk כפי שתואר במקום אחר. (זהירות: סינתזת alkoxide מתכת ממשחררת כלוריד מתכת HCl גזים וחייבת להתבצע במנדף מאוורר היטב) 27 </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות צינורית נקייה, מיובש בתנור, להעביר 120 מיליליטר של n-heptane נטול מים לRBF 250 מיליליטר המכיל את פתרון alkoxide המתכת </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> באמצעות צינורית נקייה, מיובש בתנור, להעביר את פתרון המתכת alkoxide-אלכוהול-n-heptane לRME תחת בחישה מתמדת במשך התקופה של 10 דקות. הערה: alkoxides מתכת המגיב בתקיפות במים, כגון טלור (IV) isopropoxide, נדרש קצב ירידה מבחינת הרבה יותר איטי מבנוסף. הפתרון הסופי צריך להיות ברור אופטי ללא קשר למבשר alkoxide המתכת המשמש, אבל יכול להיות בצבעים שונים בהתאם לalkoxides המתכת המשמשת ומצבי החמצון שלהם. נציין כי אם התחליב הוא שקוף או שקוף תלוי בגודל חלקיקיםבעוד הצבע תלוי במצב חמצון מתכת. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 4 שעות, להשתמש במזרק נקי ויבש כדי להזריק 1.4 מיליליטר של הכיתה מגיב NH 4 OH לdropwise הפתרון. לאחר מכן, באמצעות מזרק אחר נקי, יבש, להזריק 1.2 מיליליטר של orthosilicate tetraethyl כיתה מגיב dropwise (TEOS). הערה: הידרוקסיד הנתרן (NaOH) לא אמורה לשמש כפי שהוא יכול להוביל לציפוף של פגזי סיליקה במהלך carburization / nitridation ולגרום לזיהומי נתרן בסריג של חלקיקים הסופיים. 4 OH NH שיורי מצד השני מתפרק בנוחות במהלך הטיפולים החום. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 16.5 שעות, להסיר את פקק הגומי ולהשתמש גליל נקי, יבש סיים להוסיף 300 מיליליטר של מתנול לפתרון תחת ערבוב מתמיד. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 10 דקות של ערבוב, להסיר את סרגל מערבבים ולאפשר הפתרון ליישוב. הערה: יהיו שני שלבים הנוכחיים נוזליים: שלב עליון heptane עשיר ושלב נמוך מתנול העשיר. O המתכת במארז סיליקהחלקיקי xide, המיועדים כx 2 / MO SiO יהיו משקעים לתחתית של הבקבוק מהשלב נמוך יותר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אחרי שעה 1, למזוג שלבי הנוזל לתוך מיכל פסולת אורגני ולאסוף את השלב המוצק x 2 / MO SiO בצינורות צנטריפוגה 50 מיליליטר נקיים. הערה: אם צינורות פוליפרופילן או צנטריפוגות הקלקר נמצאים בשימוש, נמהר לא יכול להיות מאוחסן לטווח ארוך במצב זה כheptane השייר יתמוסס לאט צינור צנטריפוגות, גורם לו להאריך. יתר על כן, NH שייר 4 OH וTEOS יכולים לגרום SiO 2 להמשיך לצמוח מעבר למה שרצוי. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צנטריפוגה שלב x 2 / MO SiO ב2,056 XG במשך 5 דקות, ואז למזוג supernatant למכל פסולת אורגני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 10-30 מיליליטר של אצטון לכל צינור צנטריפוגות 50 מיליליטר ולפזר את האבקה לתוך אצטון ידי ניעור או sonicating. זה מסייע בהסרה פעילי שטח עודף לפני calcination. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Centrifugדואר תערובת x ואצטון SiO 2 / MO בXG 4626 עבור 10 דקות ולאחר מכן למזוג supernatant למכל פסולת אורגני. לאפשר ג&#39;ל x 2 / MO SiO לייבוש למשך הלילה. </li></ol> 2. טיפול בחום של אבקה המסונתזת הצהרת זהירות: מימן, מתאן, וגז האמוניה מאוד דליקה. גז אמוניה הוא רעיל. דליפה בדיקה יסודית צריכה להתבצע לפני כל הטיפולים החום, ויש לבצע את הטיפולים בתנור קוורץ-צינורי כל הזמן במנדף מאוורר היטב עם bubbler שמן ביציאת הגז. כל בלוני הגז צריכים להיות מצוידים בarrestors להבה ומאוחסנים הרחק מהתנור. אם נדרש בתקנות חוק או מוסדי, גז אמוניה עודף יש בועות בנפח גדול של מים וגם מושלכים כפסולת בסיס או לנטרל לפתרון כלוריד pH 7 אמוניום באמצעות HCl. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Calcination של powde x SiO 2 / MOr באוויר <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרסק את SiO 2 / ג&#39;ל x MO המיובש לאבקה דקה באמצעות סרגל מערבבים כוס או מכתש ועלי. שים את האבקה בסירות כור היתוך אלומינה ועומס לכבשן קוורץ-צינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בשיעור חימום / דקה 2 מעלות צלזיוס, תתכלה אבקת x 2 / MO SiO תחת אוויר 100 SCCM ב 450 מעלות צלזיוס במשך שעה 1. זה מסיר את כל שטח השיורי וגם מגדיל את microporosity של פגזי סיליקה. לאחר התנור מתקרר, להסיר את אבקות calcined SiO 2 / MO x וחנות בתנאי סביבה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Carburization של אבקת x 2 / MO SiO בתא / אווירת מימן <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את אבקת x SiO 2 / MO calcined לסירת כור היתוך אלומינה לא מזוגגת והמקום לתוך תנור קוורץ-צינור. רוקן את תנור קוורץ-צינור עם חנקן לפחות 30 דקות כדי להסיר חמצן. לבצע בדיקת דליפה על ידי ריסוס כל המפרקים עם מים וסבון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש2 ° שיעור חימום / דקת C, carburize אבקת x 2 / MO SiO תחת 120 SCCM של מימן ו -33 SCCM של מתאן ב 850 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות כדי ליצור SiO 2 x / MC. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר 4 שעות, לעצור את הזרימה של מתאן ולהחזיק את האבקה ב 850 מעלות צלזיוס במשך שעה 1 במרחק של 120 SCCM של מימן כדי לחפש כל פחמן משטח עודף. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפשר התנור להתקרר לטמפרטורת חדר לאט מתחת 120 SCCM של מימן. לאחר מכן, לשטוף את התנור עם חנקן לפחות 30 דקות כדי להסיר מימן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לזרום 95 SCCM של חנקן ו -5 SCCM של אוויר מעל האבקה לשעה 3 לpassivate לאט קרבידים לפני החשיפה לאוויר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את SiO 2 / אבקת x MC מהתנור והחנות בdessicator ואקום או בתא כפפות חנקן יבש כדי למנוע חמצון בכמות גדולה לטווח הארוך של חלקיקי קרביד המתכת באוויר. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> Nitridation של אבקת x 2 / MO SiO באווירת אמוניה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לואהד אבקת calcined SiO 2 / MO x לסירת כור היתוך אלומינה והמקום לתוך תנור קוורץ-צינור. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רוקן את תנור קוורץ-צינור עם חנקן לפחות 30 דקות כדי להסיר חמצן. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שימוש בשיעור חימום / דקה 2 מעלות צלזיוס, nitridize אבקת SiO 2 / MO x תחת אמוניה 100 SCCM ב 800 מעלות צלזיוס למשך 4 שעות כדי ליצור x SiO 2 / MN. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאפשר התנור להתקרר לאט לטמפרטורת חדר. לאחר מכן, לשטוף את התנור עם חנקן לפחות 30 דקות כדי להסיר אמוניה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לזרום 95 SCCM של חנקן ו -5 SCCM של אוויר מעל האבקה לשעה 3 לpassivate לאט nitrides לפני החשיפה לאוויר. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הסר את אבקת x 2 / MN SiO מהתנור והחנות בdessicator ואקום או בתא כפפות חנקן יבש כדי למנוע חמצון בכמות גדולה לטווח הארוך של חלקיקי המתכת ניטריד באוויר. </li></ol></li></ol> 3. הסרת פגזי סיליקה ותמיכה ננוחלקיקים הצהרת זהירות: bifluoride אמוניום (ABF) היא רעילה מאוד. יש לטפל בזה רק במנדף מאוורר היטב תוך שימוש בציוד מגן אישי מתאים, כוללים כפפות גומי בוטיל-, מגן פנים, וחלוק מעבדת HF-עמיד עם שרוולי HF-עמיד. לא צריכים לשמש זכוכית וציוד מעבדה מתכת בעת טיפול ABF. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פירוק סיליקה באמוניום Bifluoride לCarbides חומצה-יציב המתכת וnitrides (כגון שירותים וW 2 N) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול את 200 מ&quot;ג של 2 x / MC SiO או SiO 2 x / MN ולשים במכל פוליפרופילן סגר 30 מיליליטר עם בר ומערבבים מגנטי מצופה טפלון. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אם הוא רצוי כדי לתמוך בחלקיקים על תמיכת זרז שטח פנים גבוה, כגון פחמן שחור או צינורות פחמן, שוקל את החומר ולהוסיף אותו למכל פוליפרופילן סגר. הערה: המסה שקלה את יהיו תלויה בטעינה הרצויה של חלקיקים על התמיכה בדואר. עבור תומך זרז שאינם יציבים בABF, כגון אלומינה, ניתן להוסיף התמיכה לאחר סיליקה הוסרה וABF מנוטרל. אם אין תמיכה נוספת, יתקבל nanodispersion. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 20 מיליליטר של מים DI ultrapure ולהתחיל ערבוב כדי ליצור השעיה. לחלופין, להוסיף 20 מיליליטר של 20% WT פתרון ABF שהוכן מראש. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול את 5 גרם של ABF ולאחר מכן להוסיף לתערובת המרגשת. ברגע שהוסיף, לאטום את מיכל פוליפרופילן. הערה: פירוק ABF במים הוא אנדותרמית, כך הטמפרטורה של הפתרון תהיה ירידה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כדי להבטיח פירוק של סיליקה ופיזור טוב של חלקיקים על תמיכת זרז מלא, לעצור את התגובה לאחר 16 שעות על ידי הוספת כיתה מגיב NH 4 OH dropwise לנטרל את פתרון ABF לpH של 6-7. זהירות: תגובה זו היא אקסותרמית. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רוקן את התערובת לנטרל לתוך צינור צנטריפוגות ו צנטריפוגות ב2,056 XG במשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רוקן את Supernatant למכל פסולת בסיסי (כדי להבטיח נטרול סך הכל) וredisperse אבקת הזרז ב 20 מיליליטר של מים DI ultrapure. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צנטריפוגה ב 4626 XG במשך 10 דקות, לבטל את supernatant, ולעשות שטיפת מים DI אחד סופית 20 מיליליטר. עד 12850 XG עשוי להידרש לחלקיקים שאינם נתמכים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבש את האבקה תחת ואקום ולאחר מכן לאחסן בdessicator ואקום או תא כפפות חנקן יבש כדי למנוע חמצון בכמות גדולה לטווח הארוך של חלקיקי קרביד מתכת או ניטריד. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פירוק סיליקה בסודיום הידרוקסיד לCarbides אלקליין-יציב וnitrides (כגון טק וTa 3 N 5) <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לשקול את 200 מ&quot;ג של 2 x / MC SiO או SiO 2 x / MN ולהכניס לRBF זכוכית 50 מיליליטר עם בר ומערבבים מגנטי. לשקול את ולהוסיף תמיכת זרז אם תרצה בכך. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> להוסיף 30 מיליליטר של לפחות 0.1 פתרון NaOH המימי M. צרף הקבל לRBF או לאטום עם פקק גומי ושעוות Parafilm. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> חום ב 60 מעלות צלזיוס מתחת ערבוב מתמיד במשך 16 שעות. לאחר קירור, צנטריפוגה הפתרון ב2,056 XG במשך 10 דקות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רוקן את supernatant לתוך מיכל פסולת בסיסי וredisperse אבקת הזרז ב 20 מיליליטר של מים DI ultrapure. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> צנטריפוגה ב 4626 XG במשך 10 דקות, לבטל את supernatant, ולעשות שטיפת מים DI אחד סופית 20 מיליליטר. עד 12850 XG עשוי להידרש לחלקיקים שאינם נתמכים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> ייבש את האבקה תחת ואקום ולאחר מכן לאחסן בdessicator ואקום או תא כפפות חנקן יבש כדי למנוע חמצון בכמות גדולה לטווח הארוך של חלקיקי קרביד מתכת או ניטריד. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Oyama, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> The Chemistry of Transition Metal Carbides and Nitrides. , (1996).</li><li>Michalsky, R., Zhang, Y. -. J., Medford, A. J., Peterson, A. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Departures+from+the+Adsorption+Energy+Scaling+Relations+for+Metal+Carbide+Catalysts.">Departures from the Adsorption Energy Scaling Relations for Metal Carbide Catalysts.</a> J. Phys. Chem. C. 118 (24), 13026-13034 (2014).</li><li>Kimmel, Y. C., Xu, X., Yu, W., Yang, X., Chen, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trends+in+Electrochemical+Stability+of+Transition+Metal+Carbides+and+Their+Potential+Use+As+Supports+for+Low-Cost+Electrocatalysts.">Trends in Electrochemical Stability of Transition Metal Carbides and Their Potential Use As Supports for Low-Cost Electrocatalysts.</a> ACS Catal. 4 (5), 1558-1562 (2014).</li><li>Levy, R. B., Boudart, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Platinum-like+behavior+of+tungsten+carbide+in+surface+catalysis.">Platinum-like behavior of tungsten carbide in surface catalysis.</a> Science. 181, 547-549 (1973).</li><li>Chen, Z., Higgins, D., Yu, A., Zhang, L., Zhang, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+review+on+non-precious+metal+electrocatalysts+for+PEM+fuel+cells.">A review on non-precious metal electrocatalysts for PEM fuel cells.</a> Energy Environ. Sci. 4 (9), 3167-3192 (2011).</li><li>Esposito, D. V., Chen, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monolayer+platinum+supported+on+tungsten+carbides+as+low-cost+electrocatalysts:+opportunities+and+limitations.">Monolayer platinum supported on tungsten carbides as low-cost electrocatalysts: opportunities and limitations.</a> Energy Environ. Sci. 4, 3900 (2011).</li><li>Stottlemyer, A. L., Kelly, T. G., Meng, Q., Chen, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reactions+of+oxygen-containing+molecules+on+transition+metal+carbides:+Surface+science+insight+into+potential+applications+in+catalysis+and+electrocatalysis.">Reactions of oxygen-containing molecules on transition metal carbides: Surface science insight into potential applications in catalysis and electrocatalysis.</a> Surf. Sci. Rep. 67, 201-232 (2012).</li><li>Bell, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+impact+of+nanoscience+on+heterogeneous+catalysis.">The impact of nanoscience on heterogeneous catalysis.</a> Science. 299, 1688-1691 (2003).</li><li>Kimmel, Y. C., Esposito, D. V., Birkmire, R. W., Chen, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+surface+carbon+on+the+hydrogen+evolution+reactivity+of+tungsten+carbide+(WC)+and+Pt-modified+WC+electrocatalysts.">Effect of surface carbon on the hydrogen evolution reactivity of tungsten carbide (WC) and Pt-modified WC electrocatalysts.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 37, 3019-3024 (2012).</li><li>Yang, X., Kimmel, Y. C., Fu, J., Koel, B. E., Chen, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Activation+of+Tungsten+Carbide+Catalysts+by+Use+of+an+Oxygen+Plasma+Pretreatment.">Activation of Tungsten Carbide Catalysts by Use of an Oxygen Plasma Pretreatment.</a> ACS Catal. 2, 765-769 (2012).</li><li>Garcia-Esparza, A. T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tungsten+carbide+nanoparticles+as+efficient+cocatalysts+for+photocatalytic+overall+water+splitting.">Tungsten carbide nanoparticles as efficient cocatalysts for photocatalytic overall water splitting.</a> ChemSusChem. 6, 168-181 (2013).</li><li>Yan, Z., Cai, M., Shen, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanosized+tungsten+carbide+synthesized+by+a+novel+route+at+low+temperature+for+high+performance+electrocatalysis.">Nanosized tungsten carbide synthesized by a novel route at low temperature for high performance electrocatalysis.</a> Sci. Rep. 3, 1646 (2013).</li><li>Giordano, C., Erpen, C., Yao, W., Antonietti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+Mo+and+W+carbide+and+nitride+nanoparticles+via+a+simple+'urea+glass'+route.">Synthesis of Mo and W carbide and nitride nanoparticles via a simple 'urea glass' route.</a> Nano Lett. 8, 4659-4663 (2008).</li><li>Abdullaeva, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High+temperature+stable+WC1&#8722;x@C+and+TiC@C+core&#8211;shell+nanoparticles+by+pulsed+plasma+in+liquid.">High temperature stable WC1&#8722;x@C and TiC@C core&#8211;shell nanoparticles by pulsed plasma in liquid.</a> R. Soc. Chem. Adv. 3, 513 (2013).</li><li>Vallance, S. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+the+microwave+interaction+mechanisms+and+reaction+pathways+in+the+energy-efficient,+ultra-rapid+synthesis+of+tungsten+carbide.">Probing the microwave interaction mechanisms and reaction pathways in the energy-efficient, ultra-rapid synthesis of tungsten carbide.</a> Green Chem. 14, 2184 (2012).</li><li>Shen, P. K., Yin, S., Li, Z., Chen, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+performance+of+nanosized+tungsten+carbides+for+electrocatalysis.">Preparation and performance of nanosized tungsten carbides for electrocatalysis.</a> Electrochim. Acta. 55, 7969-7974 (2010).</li><li>Nikiforov, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=WC+as+a+non-platinum+hydrogen+evolution+electrocatalyst+for+high+temperature+PEM+water+electrolysers.">WC as a non-platinum hydrogen evolution electrocatalyst for high temperature PEM water electrolysers.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 37, 18591-18597 (2012).</li><li>Fang, Z. Z., Wang, X., Ryu, T., Hwang, K. S., Sohn, H. Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis,+sintering,+and+mechanical+properties+of+nanocrystalline+cemented+tungsten+carbide+&#8211;+A+review.">Synthesis, sintering, and mechanical properties of nanocrystalline cemented tungsten carbide &#8211; A review.</a> Int. J. Refract. Met. Hard Mater. 27, 288-299 (2009).</li><li>Liu, Y., Kelly, T. G., Chen, J. G., Mustain, W. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metal+Carbides+as+Alternative+Electrocatalyst+Supports.">Metal Carbides as Alternative Electrocatalyst Supports.</a> ACS Catal. 3, 1184-1194 (2013).</li><li>Nie, M., Shen, P. K., Wei, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocrystaline+tungsten+carbide+supported+Au&#8211;Pd+electrocatalyst+for+oxygen+reduction.">Nanocrystaline tungsten carbide supported Au&#8211;Pd electrocatalyst for oxygen reduction.</a> J. Power Sources. 167 (1), 69-73 (2007).</li><li>Ham, D. J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Palladium-nickel+alloys+loaded+on+tungsten+carbide+as+platinum-free+anode+electrocatalysts+for+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cells.">Palladium-nickel alloys loaded on tungsten carbide as platinum-free anode electrocatalysts for polymer electrolyte membrane fuel cells.</a> Chem Commun (Camb). 47 (20), 5792-5794 (2011).</li><li>Yan, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Template-free+pseudomorphic+synthesis+of+tungsten+carbide+nanorods.">Template-free pseudomorphic synthesis of tungsten carbide nanorods.</a> Small. 8, 3350-3356 (2012).</li><li>Esposito, D. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low-cost+hydrogen-evolution+catalysts+based+on+monolayer+platinum+on+tungsten+monocarbide+substrates.">Low-cost hydrogen-evolution catalysts based on monolayer platinum on tungsten monocarbide substrates.</a> Angew. Chem. Int. Ed. 49, 9859-9862 (2010).</li><li>Esposito, D. V., Hunt, S. T., Kimmel, Y. C., Chen, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+class+of+electrocatalysts+for+hydrogen+production+from+water+electrolysis:+metal+monolayers+supported+on+low-cost+transition+metal+carbides.">A new class of electrocatalysts for hydrogen production from water electrolysis: metal monolayers supported on low-cost transition metal carbides.</a> J. Am. Chem. Soc. 134, 3025-3033 (2012).</li><li>Kelly, T. G., Hunt, S. T., Esposito, D. V., Chen, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monolayer+palladium+supported+on+molybdenum+and+tungsten+carbide+substrates+as+low-cost+hydrogen+evolution+reaction+(HER)+electrocatalysts.">Monolayer palladium supported on molybdenum and tungsten carbide substrates as low-cost hydrogen evolution reaction (HER) electrocatalysts.</a> Int. J. Hydrogen Energy. 38, 5638-5644 (2013).</li><li>Hunt, S. T., Nimmanwudipong, T., Roman-Leshkov, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineering+non-sintered,+metal-terminated+tungsten+carbide+nanoparticles+for+catalysis.">Engineering non-sintered, metal-terminated tungsten carbide nanoparticles for catalysis.</a> Angew. Chem. Int. Ed. Engl. 53 (20), 5131-5136 (2014).</li><li>Mehrota, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alkoxides+and+Alkylalkoxides+of+Metals+and+Metalloids.">Alkoxides and Alkylalkoxides of Metals and Metalloids.</a> Inorg. Chim. Acta. 1, 99-112 (1967).</li><li>Munoz-Aguado, M., Gregorkiewitz, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sol-Gel+Synthesis+of+Microporous+Amorphous+Silica+from+Purely+Inorganic+Precursors.">Sol-Gel Synthesis of Microporous Amorphous Silica from Purely Inorganic Precursors.</a> J. Colloid Interface Sci. 185, 459-465 (1997).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

הליך לסינתזת ננו-חלקיקים, קרביד אינו sintered הופסק מתכת מעבר המתכת וניטריד עם גדלים ומבנה מתכונן מוצג כאן 26 צעדים קריטיים בשיטה כוללים:. באמצעות RBF ללא לחות להכיל מבשר alkoxide המתכת המדולל, הימנעות אלקלי מתכת זיהומים במהלך כל השלבים, מזרז RME עם מתנול העודף בניגוד לאצטון או isopropanol, ביצוע בדיקה נאותה לפני דליפת Carburizing או nitridizing הרכיבים, והשימוש נכון PPE בעבודה עם bifluoride אמוניום. השיטה יכולה להיות שונה במספר תחומים. PSD TMO יכול להיות מותאם באמצעות מערכות שונות RME, מים שונים: יחסים פעילי שטח, alkoxide שונה מתכת: יחסי מים, ערכי pH שונים, ופעמים הידרוליזה שונות. ניתן להשפיע TMCN PSD על ידי מניפולציה של PSD TMO מתחיל כמו גם על ידי הוספת כמויות שונות של NH 4 OH וTeos, באמצעות TEO שונהפעמים S הידרוליזה, וטמפרטורות carburization / nitridation שונים באמצעות. שלב טוהר גבישים של הצירופים וTMCN ניתן להשפיע באמצעות טמפרטורות שונות ומהירויות האמצע שונות של גזי carburizing / nitridizing. ההרכב של הצירופים וTMCN יכול להיות מותאם על ידי שימוש בכל alkoxide מעבר מתכת המוקדם hydrolysable, מוביל למגוון גדול של הצירופים וTMC וTMN multimetallic פוטנציאל שיכול להיות מסונתז בשיטה זו. טכניקה זו היא מתאימה ביותר עבור יישומים של TMC וTMN צירופים הדורשים חלקיקים שאינם sintered בגדלים דק מבוקרים שגם תערוכה משטחי מתכת הופסקה. טכניקה זו היא מתאימה גם לקלות שבה מגוון רחב של הצירופים וTMC וTMN multimetallic אפשר לנסח. הטכניקה היא מוגבלת על ידי יציבות התרמית של ציפויי סיליקה. לא יכולים להיות מסונתזים TMC וTMN צירופים הדורשים טמפרטורות carburization או nitridation בעודף של 1,000 מעלות צלזיוס סבירה על ידי זה נפגשהוד בשל קריסת התרמית של microporosity סיליקה בטמפרטורות קיצוניים. הטכניקה מוגבלת גם לTMC וTMN צירופים וכי הם יציבים בכל bifluoride אמוניום או פתרונות בסיסיים כמו גם חומצי או טיפול בסיסי נדרש כדי להסיר את ציפוי סיליקה לאחר carburization / nitridation. עם כל כבוד לשיטות קיימות לסנתז צירופים וTMCN, שיטה זו היא ייחודית ביכולתה למתן את שני sintering החלקיק ועודף בתצהיר טומאת המשטח בו-זמנית. זה גם ייחודי ברבגוניות שלו לסינתזת מגוון רחב של צירופים וTMCN monometallic וmultimetallic, הדורש רק שמבשר alkoxide hydrolysable מוקדם מעבר מתכת ניתן לרכוש או מסונתז. למרות ששיטה זו היא מורכבת יותר מסינתזות רטובה הספגה סטנדרטית, היא מאפשרת לא sintered והצירופים וTMCN להיות טעון על תמיכת שטח פנים גבוה בטמפרטורת חדר ובכל טעינת% WT-רצוי הופסק מתכת. באני רטובסינתזות mpregnation, תומכות הזרז חייבים להיות חשופות לתנאי carburizing, שהובילו להשפלת התרמית שלהם, והעמסות% WT נמוכות יש להשתמש כדי למתן sintering חלקיק מוגזם. כיוונים עתידיים לאחר שנודע בטכניקה זו כוללים בדיקה של יצירות multimetallic אחרות, RME האחר או מערכות סול-ג&#39;ל, באמצעות ציפוי קרמי אחר מאשר סיליקה כמו אלומינה, גזי carburization וnitridation, ובאמצעות מבשרי גז תגובתי אחרים האכלה-שיתוף להפוך לborides דוגמא או phosphides.

קרבידים מוקדם מתכת מעבר (TMCs) הם בעלות נמוכה, חומרי כדור ארץ-שפע שמפגינים יציבות תרמית ואלקטרוכימיים גבוהה, כמו גם פעילויות קטליטי ייחודיות. 1-3 בפרט, טונגסטן קרביד (WC) וקרביד מוליבדן (Mo 2 C) יש לי נחקר בהרחבה לדמיון הקטליטית שלהם לקבוצת מתכות פלטינה (PGMs). 4,5 בשל תכונות החיוביות אלה, TMCs זוהה כמועמדים להחלפת זרזי PGM יקרים במתעורר טכנולוגיות אנרגיה מתחדשות, כגון המרה ביומסה, תאי דלק, וelectrolyzers. 6,7 על מנת למקסם את הפעילות הקטליטית, זרזים מסחריים כמעט תמיד מנוסחים כחלקיקי ultrasmall (קטרים ​​&lt;10 ננומטר) מפוזרים על תמיכת שטח פנים גבוה, כגון פחמן שחור. 8 עם זאת, הסינתזה של TMCs דורשת טמפרטורות גבוהות יותר מאשר ~ 700 מעלות צלזיוס. זה מוביל לsintering הנרחב של nanoparticles (NPS), עודף בתצהיר פחמן משטח (קוק), והשפלה תמיכה תרמית. שני sintering החלקיק ולהוביל השפלה תמיכה לירידה באזורים פני חומר. בלוקים עודפים טומאת משטח תצהיר אתרי מתכת פעילה, אשר הוכח כדי להפחית או במקרים מסוימים למנוע את הפעילות הקטליטית של TMCs. 9,10 ככזה לחלוטין מאוד, המחקר הבסיסי של תגובתיות TMC מתבצע בעיקר על microparticles תפזורת או סרטים דקים עם דק מבוקר משטחים ולא על ננו TMC שטח פנים גבוה. שיטות רבות פותחו לסנתז צירופים וTMC, אך שיטות אלה אינן מתאימות לסינתזת צירופים וTMC catalytically הפעיל. טכניקות הספגה רטובות מסורתיות משתמשות בפתרוני מלח מתכת ספוגים בתמיכת שטח פנים גבוה. על חימום, שיטות הספגה רטובות יכולות לחשוף את תמיכת זרז לתנאי carburizing הרסניים המובילים לתמוך השפלה. יתר על כן, sintering גלהיות מיתן רק בעומסי% WT נמוכים של המתכת על התמיכה, וזה גם לא ניתן לסנתז nanopowders TMC שאינו נתמך באמצעות הספגה רטובה. מספר שיטות חדשות יותר כרוכות בערבוב מבשר מתכת עם מבשר פחמן ויישום טכניקות חימום קונבנציונליים ובלתי קונבנציונליות. 11-18 פחמן עודף משמש למניעת sintering, אבל תוצאות זה עודף פחמן בפחמן משטח נרחב, מה שהופך את החומרים הללו לא מתאימים ליישומי קטליטי. בשל אתגרים סינטטיים אלה, TMCs מסורתי נחקר כשיתוף זרזים 11 לPGMs, תומך זרז לPGMs, 19-22 או תומך לmonolayers PGM הפעיל. 23-25 ​​השיטה המוצגת כאן מציעה את היכולת לסנתז שני הלא-sintered ו- הופסק מתכת הצירופים וTMC כמו גם ניטריד מעבר המתכת (TMN) צירופים ועם גדלים מתכונן, שלבי גבישים, והרכב מתכתי. 26 השיטה המוצגת מציעה גם ability להשיג nanodispersions TMC או TMN או להפקיד את הצירופים וTMC וTMN על תמיכת זרז שטח פנים גבוה בטמפרטורת חדר, וכך מקלים השפלה תמיכה תרמית. שיטה זו ולכן הוא מתאים ליישומי קטליטי עצמאיים של TMC וTMN צירופים ו, הפיתוח של TMC המתקדם multimetallic וצירופים וTMN, או יישומים אחרים הדורשים גדלים של חלקיקים דק מבוקרים ומשטחים. 26 השיטה המוצגת כאן משתמשת בפרוטוקול שלושה צעד לסנתז TMC וצירופים וTMN. בשלב הראשון, microemulsion הפוך (RME) משמש לצירופי ותחמוצת מעיל מתכת מעבר המוקדם (TMO) בnanospheres סיליקה. התחליב הוא הוכן על ידי פיזור טיפות מים במדיום פולרי באמצעות חומרים פעילי שטח nonionic מסחרי. אז הצירופים וTMO-כמוס סיליקה נתונים לאו carburizing או טיפולי חום nitridizing. כאן, סיליקה מונעת sintering חלקיק בטמפרטורות גבוהות, ובמקביל לאפשר גזים תגובתי לנטרל לtהוא TMO צירופים ולהמיר אותם לTMC או הצירופים וTMN. בשלב האחרון, פגזי סיליקה יוסרו או באמצעות טיפול חומצי או בסיסי להשיג nanodispersions TMC או TMN שיכול להיות מפוזר על תמיכת שטח פנים גבוה, כגון פחמן שחור.

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

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

Microemulsion הפוך משמש לתמצת חלקיקי תחמוצת מתכת מוקדמת מעבר monometallic או מתכתיים בפגזי סיליקה microporous. אז חלקיקי תחמוצת מתכת במארז סיליקה הם carburized באווירה מתאן / מימן בטמפרטורות מעל 800 מעלות צלזיוס כדי ליצור חלקיקי קרביד מתכת מעבר המוקדם במארז סיליקה. במהלך תהליך carburization, פגזי סיליקה למנוע sintering של חלקיקי קרביד סמוכים בעת גם מונעים בתצהיר של פחמן משטח עודף. לחלופין, ניתן nitridized חלקיקי תחמוצת המתכת במארז סיליקה באווירת אמוניה בטמפרטורות מעל 800 מעלות צלזיוס כדי ליצור חלקיקי המתכת ניטריד מעבר המוקדם במארז סיליקה. על ידי התאמת הפרמטרים הפוכים microemulsion, העובי של פגזי סיליקה, ותנאי carburization / nitridation, יכולים להיות מכוון חלקיקי קרביד או ניטריד מעבר מתכת בגדלים שונים, יצירות,שלבי גביש nd. לאחר carburization או nitridation, פגזי סיליקה לאחר מכן הוסרו או באמצעות פתרון בטמפרטורת חדר המימי bifluoride אמוניום או 0.1-0.5 פתרון M NaOH ב40-60 מעלות צלזיוס. בעוד פגזי סיליקה הולכים ומתפוגגים, תמיכת שטח גבוהה, כגון פחמן שחור, ניתן להוסיף לפתרונות אלה כדי להשיג חלקיקי קרביד מתכת או ניטריד מעבר המוקדם נתמכים. אם אין תמיכת שטח פנים גבוה הוא הוסיף, אז יכול להיות מאוחסן חלקיקים כnanodispersion או centrifuged להשיג nanopowder.

Watch this Scientific Journal Video about Reverse Microemulsion-mediated Synthesis of Monometallic and Bimetallic Early Transition Metal Carbide and Nitride Nanoparticles at JoVE.com

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

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

סינתזה בתיווך Microemulsion הפוכה של monometallic ובי-המתכתי המוקדם מעבר מתכת קרביד ניטריד חלקיקים

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

reverse-microemulsion-mediated-synthesis-monometallic-bimetallic

Google

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

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

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

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

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

מכלולים נגד סרטן מתכת: סינתזה וCytotoxicity הערכה על ידי assay MTT

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

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

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

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

מסגרות סינתזה ואפיון של פונקציונליות מתכת אורגנית

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

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

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

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

סינתזה נטולת מתכת של Ynones מacyl כלורידים ואשלגן Alkynyltrifluoroborate מלחים

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

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

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

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

סינתזה, אפיון, ואת Functionalization של תקליטורים היברידי Au / ו Au / ZnS Core / Shell חלקיקים

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

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

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

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

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

סינתזה, אפיוני ביצועים של מתכות מעבר מאטום בודד הזרז להפחתת2 CO אלקטרוכימי

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

Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles

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

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

התגרענות בתיווך ליגנד והצמיחה של חלקיקי מתכת פלדיום

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

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

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

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

סינתזה של חלקיקים מבוססות-Pt/Sn בי-מתכתיים נוזלים יוניים

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

Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles

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

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

מלח מותכת סינתזה של חלקיקי תחמוצת מתכת מורכבים

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

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

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

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

סינתזה ואפיון חלקיקי זהב אמפיפילי

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

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

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

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

מיקרוגל בסיוע ישיר הטרולציה של Ketones באמצעות מתכת מעבר זרז

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