Il sostegno finanziario della divisione Scienze chimiche dell &#39;Organizzazione olandese per la ricerca scientifica (NWO-CW) nel quadro del programma TOP è riconosciuto.

Segmentata Ag | ZnO nanocavo Formazione in PCTE Membrane 1. PCTE membrana Preparazione su modelli Electrodeposition <ol><li> Scegliere una membrana di policarbonato-inciso pista con un diametro dei pori esterno di 200 nm e uno spessore di 6 micron (Figura 2a). Il diametro della membrana qui utilizzata è di 25 mm. </li><li> Sputter uno strato d&#39;oro sul retro della membrana (Figura 2b). In questo caso, una pressione di deposizione di 2 x 10 -2 mbar è stato utilizzato con Ar come sputtering gas. Utilizzare una velocità di deposizione lento di ~ 13 nm / min. NOTA: Questo strato Au verrà utilizzato come contatto elettrico durante l&#39;elettrodeposizione. </li><li> Utilizzare biadesivo nastro adesivo per fissare un piccolo vetrino (1,4 x 2,1 cm) sopra il lato oro rivestite di membrana. Per questo, mettere quattro piccole strisce di nastro biadesivo lungo i bordi del vetrino (figura 2c). NOTA: Assicurarsi che la membrana è il più agevole possibile, senza alcunapieghe o grinze. Questo vetrino è utilizzato per garantire elettrodeposizione selettiva all&#39;interno dei pori della membrana. </li><li> Attaccare un piccolo pezzo di nastro di rame da parte della membrana che sporge dal vetrino per la stabilità meccanica. Dal nastro di rame è passante, il morsetto dell&#39;elettrodo di lavoro può essere attaccata al nastro di rame. </li><li> Se necessario, migliorare l&#39;adesione della membrana al vetrino mettendo nastro di teflon intorno ai bordi. NOTA: Per i depositi a temperatura ambiente l&#39;adesione del nastro biadesivo è di solito abbastanza forte, ma a temperature elevate si consiglia di usare nastro Teflon come bene. </li></ol> . 2 elettrodeposizione di Ag | ZnO nanofili <ol><li> Preparazione del segmento Ag <ol><li> Preparare una soluzione acquosa contenente 0.20 M AgNO 3 (1,70 g per 50 ml) e 0,10 MH 3 BO 3 (0.31 g per 50 ml). Regolare il pH a 1,5 con HNO 3. </li><li> Mettere il preparatomembrana con un controelettrodo Pt e un Ag / AgCl (3 M KCl) elettrodo di riferimento nella soluzione come preparato. </li><li> Applicare un potenziale di 0,10 V vs elettrodo di riferimento Ag / AgCl per 30 sec (figure 2d e 2e). NOTA: Anche se ogni software potenziostato sarà diverso, tutti i programmi devono avere linee di ingresso come &quot;set potenziale&quot; e &quot;durata&quot;, dove questi valori possono essere compilati Si prega di fare riferimento al manuale potenziostato e inclusi software per maggiori dettagli. </li><li> Prendere gli elettrodi dalla soluzione e sciacquare con acqua Milli-Q. </li></ol></li><li> Preparazione del segmento ZnO <ol><li> Preparare una soluzione acquosa contenente 0,10 M Zn (NO 3) 2 · 6H 2 O (1,49 g per 50 ml). </li><li> Riscaldare la soluzione a 60 ° C utilizzando un bagno di acqua, e mettere la membrana contenente il segmento Ag insieme ad un controelettrodo Pt e un elettrodo di riferimento Ag / AgCl in soluzione riscaldata. </li><li&gt; Applicare un potenziale di -1.00 V vs elettrodo di riferimento Ag / AgCl per 20 minuti (figure 2d e 2e). NOTA: Anche se ogni programma potenziostato sarà diverso, tutti dovrebbero avere linee di ingresso come &quot;set potenziale&quot; e &quot;durata&quot;, dove questi valori possono essere compilati Si prega di fare riferimento al manuale potenziostato e inclusi software per maggiori dettagli. </li><li> Prendere gli elettrodi dalla soluzione e sciacquare con acqua Milli-Q. </li></ol></li><li> Ripetere questa procedura 4x per ottenere abbastanza nanofili di significativo segnale dal sensore di H 2. </li></ol> 3. Estrazione dei nanofili e trasferimento a soluzione acquosa <ol><li> Tagliare la membrana contenente i nanofili dal vetrino. </li><li> Trasferire questa parte della membrana in una provetta per centrifuga in polipropilene. </li><li> Aggiungere ~ 2 ml di CH 2 Cl 2 di sciogliere la membrana PCTE e rilasciare i nanofili nella soluzione. Dopo circa 30 minuti, la membranadovrebbe essere completamente sciolto (Figure 2f e 2g). </li><li> Applicare una piccola goccia della soluzione di CH 2 Cl 2 contenente nanofili su un piccolo wafer di silicio per analisi SEM. </li><li> Centrifugare la soluzione ottenuta a ~ 19.000 xg per 5 min, rimuovere il CH 2 Cl 2 in eccesso, e aggiungere fresco CH 2 Cl 2. Ripetere il processo di almeno 3 volte per assicurarsi che tutto in policarbonato è stato rimosso. </li><li> Dopo tutto policarbonato è stato rimosso, aggiungere acqua Milli-Q per i nanofili dopo la rimozione dell&#39;eccesso di CH 2 Cl 2. Ripetere la centrifugazione almeno 3x di nuovo per sostituire completamente tutti CH 2 Cl 2 di milli-Q acqua. </li></ol> Coassiale TiO 2-Ag nanocavo Formazione in AAO Membrane 4. AAO membrana Preparazione su modelli Electrodeposition <ol><li> Prendere una membrana AAO con dimensione dei pori di 200 nm e spessore di 60 micron ( <strong&gt; Figura 2a). Il diametro della membrana qui utilizzata è di 13 mm. </li><li> Sputter uno strato d&#39;oro sul retro della membrana (Figura 2b). In questo caso una pressione di deposizione di 2 x 10 -2 mbar è stato utilizzato con Ar come sputtering gas. Utilizzare una velocità di deposizione lento di ~ 13 nm / min. NOTA: Questo strato Au verrà utilizzato come contatto elettrico durante l&#39;elettrodeposizione. </li><li> Fissare le membrane dell&#39;AAO ad un vetrino Au rivestite in una configurazione come in Figura 2 ore con nastro di teflon. NOTA: Per garantire elettrodeposizione selettiva all&#39;interno dei pori della membrana, la membrana AAO ha bisogno di essere collegato a un piccolo vetrino in una configurazione diversa rispetto alle membrane PCTE, perché le membrane dell&#39;AAO sono troppo fragili per il collegamento con una clip coccodrillo. Quando viene utilizzato un vetrino di 3.0 x 2.5 cm, due membrane possono essere utilizzate contemporaneamente. </li><li> Mettere un piccolo pezzo di nastro di rame da parte Au rivestito del vetrino per la maneggevolezza quando si collega l&#39;electrodes. </li></ol> 5. Elettrochimica Deposizione di TiO 2-Ag Nanowires <ol><li> Preparazione di un gel TiO 2 <ol><li> Preparare una soluzione acquosa contenente 0,02 M TiOSO 4 (0,16 g per 50 ml), 0,03 MH 2 O 2 (0,13 ml per 50 ml), 0,05 M HNO 3 (0,15 ml per 50 ml), e 0,25 M KNO 3 (1.26 g per 50 ml). </li><li> Mettere la membrana preparata insieme ad un controelettrodo Pt e un Ag / AgCl (3 M KCl) elettrodo di riferimento nella soluzione come preparato. </li><li> Applicare un potenziale di -1.0 V vs elettrodo di riferimento Ag / AgCl per 3,5 ore (figure 2d e 2e). NOTA: Anche se ogni software potenziostato sarà diverso, tutti i programmi devono avere linee di ingresso come &quot;set potenziale&quot; e &quot;durata&quot;, dove questi valori possono essere compilati Si prega di fare riferimento al manuale potenziostato e inclusi software per maggiori dettagli. </li><li> Prendere gli elettrodi dalla soluzione e non risciacquarela membrana con acqua Milli-Q, perché il gel TiO 2 è ancora solubile in acqua. Gli altri elettrodi possono essere risciacquati con acqua Milli-Q. </li></ol></li><li> Preparazione del coassiali nanofili TiO 2-Ag <ol><li> Termicamente ricuocere le membrane con il gel di TiO 2 in stufa a 650 ° C per 2 ore in aria. </li><li> Ricollegare le membrane di un vetrino rivestito in oro. </li><li> Preparare una soluzione acquosa contenente 0.20 M AgNO 3 (1,70 g per 50 ml) e 0,10 MH 3 BO 3 (0.31 g per 50 ml). Regolare il pH a 1,5 con HNO 3. </li><li> Mettere la membrana preparata insieme ad un controelettrodo Pt e un Ag / AgCl (3 M KCl) elettrodo di riferimento nella soluzione come preparato. </li><li> Applicare un potenziale di 0,10 V vs elettrodo di riferimento Ag / AgCl per 1,5 min (figure 2d e 2e). NOTA: Anche se ogni software potenziostato sarà diverso, tutti i programmi devono avere linee di ingresso come &quot;pote setntial &quot;e&quot; durata &quot;, dove questi valori possono essere compilati Si prega di fare riferimento al manuale potenziostato e inclusi software per maggiori dettagli. </li><li> Prendere gli elettrodi dalla soluzione e sciacquare con acqua Milli-Q. </li></ol></li><li> Preparazione di nanoparticelle di Ag incorporati in TiO 2 nanotubi <ol><li> Riscaldare le membrane con il TiO 2 gel per una notte a 100 ° C. </li><li> Preparare una soluzione acquosa contenente 0.20 M AgNO 3 (1,70 g per 50 ml) e 0,10 MH 3 BO 3 (0.31 g per 50 ml). Regolare il pH a 1,5 con HNO 3. </li><li> Mettere la membrana preparata insieme ad un controelettrodo Pt e un Ag / AgCl (3 M KCl) elettrodo di riferimento nella soluzione come preparato. </li><li> Applicare un potenziale di 0,10 V vs elettrodo di riferimento Ag / AgCl per 1,5 min (figure 2d e 2e). NOTA: Anche se ogni software potenziostato sarà diverso, tutti i programmi devono avere linee di ingresso piace &quot;impostare potenziale &quot;e&quot; durata &quot;, dove questi valori possono essere compilati Si prega di fare riferimento al manuale potenziostato e inclusi software per maggiori dettagli. </li><li> Prendere gli elettrodi dalla soluzione e sciacquare con acqua Milli-Q. </li></ol></li><li> Ripetere questa procedura per ottenere almeno 10 membrane pieni di nanofili / nanotubi avere abbastanza materiale per segnale significativo dal sensore H 2. </li></ol> 6. Estrazione di nanotubi e nanofili <ol><li> Tagliare la membrana contenente i nanotubi e nanofili dal vetrino. </li><li> Trasferire questa parte della membrana in una provetta per centrifuga in polipropilene. </li><li> Aggiungere ~ 2 ml di una soluzione acquosa contenente 1,0 M NaOH per sciogliere la membrana AAO e rilasciare i nanotubi o nanofili nella soluzione. Dopo circa 2 ore, la membrana deve essere completamente sciolto (Figure 2f e 2g). </li><li> Centrifugare la soluzione ottenuta a ~ 19.000 xg per 5 min, rimuovere la soluzione eccesso di NaOH, e aggiungere fresca acqua Milli-Q. Ripetere il processo di almeno 3 volte per assicurarsi che tutto NaOH è stato rimosso. </li><li> Dopo tutto NaOH è stato rimosso, la sospensione acquosa può essere utilizzato per H 2 esperimenti di formazione. </li><li> In alternativa, aggiungere CH 2 Cl 2 o altro solvente volatile per i nanotubi e nanofili dopo la rimozione di acqua in eccesso per la visualizzazione dei nanotubi preparati o nanofili con SEM. Ripetere la centrifugazione almeno 3 volte a sostituire completamente tutta l&#39;acqua dal solvente volatile. Depositare una piccola goccia della soluzione contenente nanotubi o nanofili su un piccolo wafer di silicio. </li></ol> H 2 Esperimenti Formazione 7. Preparazione del sensore di idrogeno <ol><li> Prendete un sensore di idrogeno basato Pd. </li><li> Posizionare il sensore all&#39;interno di un tappo NS che inserisce sulla parte superiore di un tubo di quarzo. </li><li> Collegare il sensore a un ponte standard di Wheatstone come illustratoin Figura 3. </li></ol> 8. Fotocatalitico idrogeno Formazione <ol><li> Mettere la soluzione acquosa nanowire in un tubo di quarzo 72 ml. Aggiungere acqua fino ad un totale di 10 ml di acqua è all&#39;interno del tubo di quarzo. Quindi aggiungere 40 ml di metanolo. </li><li> Avviare la registrazione del segnale proveniente dal sensore basato Pd H 2 prima di metterlo in cima al tubo di quarzo e monitorare la variazione di segnale. </li><li> Dopo ~ 200 sec di segnale stabile, mettere il sensore H 2 sulla parte superiore del tubo di quarzo, ruotando contemporaneamente dalla sorgente di luce UV per avviare la misurazione. NOTA: In questi esperimenti, la sorgente UV è stato posto a circa 10-15 cm dal campione. </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.

Molto importante nella elettrodeposizione su modelli di nanofili è l&#39;isolamento del lato posteriore dell&#39;elettrodo oro atomizzate in cima alla membrana. Senza isolamento, il materiale sarebbe preferenzialmente depositare sulla superficie di oro sul lato posteriore della membrana anziché all&#39;interno dei pori. Questo perché la diffusione di ioni di un elettrodo piatto è molto più veloce di diffusione nei pori della membrana. Un altro svantaggio di deposizione su entrambi i lati dell&#39;elettrodo oro è che la curva è ottenuto non può essere correlato alla quantità e lunghezza di nanofili depositati. In Figura 4, più fasi possono essere identificate per la deposizione del segmento Ag (a) o nucleo Ag (b). La prima fase di ogni esperimento elettrodeposizione è in carica del doppio strato elettrico, che è accompagnato da un brusco aumento della corrente che diminuisce lentamente doppio strato elettrico raggiunge il suo equilibrio. Come il Po membrana PCTEres da Whatman hanno un sigaro-forma, la corrente aumenta nella seconda fase e la superficie di aumenti di deposizione, che porta alla deposizione di più materiale allo stesso tempo, e fornitura veloce dei reagenti poiché la superficie del nanofili si avvicina al all&#39;ingresso dei pori della membrana. Nella terza fase, la variazione di superficie è minima, portando ad una pendenza minore di corrente aumentando poiché soltanto l&#39;effetto di fornitura reagente più veloce è visibile in questa fase. Si noti che nel caso di deposito nanofili segmentati contenenti sia un segmento di un ossido metallico e l&#39;ordine di elettrodeposizione all&#39;interno dei pori deve essere determinata prendendo la solubilità delle fasi depositati in soluzione espressamente conto vicenda. In questo caso, il segmento Ag è stato depositato prima del segmento ZnO come ZnO sarebbe dissolto nella soluzione acida AgNO 3. In caso di formazione di un nanofili segmentato contenente un metallo nobile e un minore nuno Oble, ad esempio Pt e Ni, la reazione di sostituzione galvanica di Ni da Pt deve essere preso in considerazione. Questa reazione di sostituzione galvanico può essere soppressa usando una sovratensione grande come discusso in una precedente pubblicazione 54. La scelta per l&#39;utilizzo sia PCTE o membrane AAO per nanowire o sintesi di nanotubi è di solito basato sulla necessità o meno di una fase di ricottura termica è desiderato per il materiale di scelta. Senza la necessità di una fase di ricottura, membrane PCTE sono più facili da maneggiare e relativamente buone membrane possono essere ottenuti commercialmente. Per ricottura a temperatura elevata, è richiesto l&#39;uso di membrane AAO. Queste membrane non sono flessibili come le membrane di policarbonato e sono molto fragili. Alcune membrane commerciali AAO sono disponibili, ma la qualità delle membrane AAO fatti in casa con un anodizzazione 2-step è molto meglio. Per questo, diverse ricette sono disponibili 55,56. L&#39;H-based Pd 2 </sub&gt; Sensore utilizzato in questo studio è un metodo semplice e relativamente economico per determinare se H 2 è formata o meno. Purtroppo, non è adatto per misurazioni quantitative a causa della sua sensibilità incrociata ai solventi volatili come il metanolo, l&#39;incapacità intrinseca di rilevare H 2 disciolto nella soluzione metanolo / acqua, e la sua risposta non lineare come si vede nella forma delle curve in Figura 8. misurazioni quantitative possono essere eseguite in una configurazione con un GC collegata allo spazio di testa sopra la miscela metanolo / acqua, che è attrezzature specializzate che non è disponibile in ogni laboratorio. H 2 formazione utilizzando Ag | nanofili di ZnO in genere cessate dopo ~ 48 ore di illuminazione UV come dimostra terminato la formazione di bolle di gas. La ragione di questa perdita di attività è photocorrosion di ZnO secondo la seguente reazione 57-60: ZnO + 2h + → Zn 2 + +1/2 O 2 (8) L&#39;immagine SEM di photocorroded Ag |. Nanofili di ZnO è mostrata in Figura 9 Come si vede da questa figura, la superficie del segmento ZnO diventato molto più ruvida sotto illuminazione UV rispetto ai fili in forma sintetizzata di Figura 5 Quando sospende un&#39;altra. lotto di Ag | nanofili di ZnO nella stessa soluzione al buio per 48 ore, è stato trovato alcun segno di corrosione. Questo conferma che la corrosione osservata infatti il ​​risultato di photocorrosion e non dalla corrosione elettrolitica. In letteratura diversi metodi sono stati riportati per l&#39;inibizione di ZnO photocorrosion, compreso ibridazione di nanoparticelle di ZnO con un monostrato di polianilina o C 60 e l&#39;innesto di nanotubi di ZnO su TiO 2 nanotubi 59,61,62. Elettrodeposizione basato su modelli di nanofili assiale o radiale segmentate è una piattaforma ideale per la deposizione di più segmenti nanowires che sono in grado di svolgere più funzioni contemporaneamente, in cui Ag | segmenti ZnO può essere applicato come elementi fotocatalitiche. In una precedente pubblicazione, un&#39;immagine SEM di un singolo nanofilo contenente sei segmenti è stato introdotto: Pt | Au | Pt | Ni | Ag | ZnO. Tale nanowire potrebbe essere utilizzato per movimento autonomo (Pt | Au | Pt), sterzo magnetica (Ni) e fotocatalitico H 2 formazione (Ag | ZnO) 53. In sintesi, un semplice protocollo per la sintesi di segmentato Ag | nanofili di ZnO e coassiali nanofili TiO 2-AG elettrodeposizione su modelli è fornito. Procedimento semi-quantitativa per determinare l&#39;attività fotocatalitica di tali nanofili è stata dimostrata usando la conversione fotocatalitica di metanolo e acqua in H 2 e CO 2 sotto illuminazione UV. Si prevede che questi nanofili di ossido di metallo-metallo possono essere utilizzati in nanofili multifunzionali e altri dispositivi nanofili.

Grazie alle loro piccole dimensioni e grande rapporto superficie-volume, nanofili sono oggetti unidimensionali molto promettenti che possono essere utilizzati in una vasta gamma di applicazioni biomediche e nanotecnologici 1. In letteratura molti nanofili contenenti un singolo componente con proprietà funzionali sono stati riportati 2-7. Ma quando più materiali (metalli, polimeri e ossidi metallici) sono incorporati in sequenza all&#39;interno di un singolo nanofilo, nanofili multifunzionali possono essere fatte 8, 9. Quando diversi segmenti sono collegati all&#39;interno di un singolo nanofilo, può apparire che non erano presenti quando sono stati utilizzati solo i singoli segmenti di proprietà funzionali. Ad esempio, nanomotors contenenti Au e Pt segmenti all&#39;interno di un singolo nanofilo sono stati segnalati che si muoveva autonomamente quando sono immessi in perossido di idrogeno 4. Tecniche idonee per la formazione di nanofili multisegmentate sono infiltrazioni e elettrodeposizione su modelli &lt;sup&gt; 8, 9. Nel 1987, Penner e Martin sono stati i primi a pubblicare l&#39;uso di elettrodeposizione su modelli per la formazione di Au nanofili in membrane di policarbonato 10. Da allora, molti altri ricercatori hanno iniziato a utilizzare elettrodeposizione basato su modelli per la sintesi di nanofili di dimensioni diverse, utilizzando sia le membrane in policarbonato inciso track (PCTE) o ossido di alluminio anodizzato (AAO), membrane e modelli 11. I vantaggi dell&#39;utilizzo di elettrodeposizione templato per la sintesi nanofili sono sua natura conveniente come elettrodeposizione è di solito eseguita in condizioni blande, la possibilità di formare nanofili da entrambi i metalli, ossidi metallici e / o polimeri, e la sua capacità di creare una replica esatta di negativo il modello utilizzato 11. Inoltre, nanofili segmentati possono essere formati mediante deposizione sequenziale di due o più fasi diverse, e quando un nanotubo di una delle due fasi possonoessere fatta da elettrodeposizione basato su modelli, nanofili coassiali contenenti due fasi differenti possono essere fatte. Ossidi metallici possono essere elettrolitica quando i rispettivi ioni metallici sono insolubili in soluzione acquosa a pH elevato. Per l&#39;ossigeno necessario, tre differenti precursori possono essere utilizzati, cioè ioni nitrato 12-15, perossido di idrogeno 13, 16, 17, 18 e ossigeno molecolare. Con l&#39;uso di ioni nitrato, come in questo protocollo, l&#39;applicazione di un potenziale più negativo di -0.9 V vs Ag / AgCl porta ad un aumento localmente pH da riduzione dei nitrati al catodo 19, 20: NO 3 - + H 2 O + 2e - → NO 2 - + 2OH -. (1) Quando la soluzione elettrolita viene riscaldato a 60-90 ° C, nanofili di ZnO formeranno da zin precipitatoidrossido di c: Zn 2 + + 2OH - → ZnO + H 2 O. (2) In seguito all&#39;applicazione di un potenziale all&#39;elettrodo di lavoro, che è posizionato nella parte inferiore poro elettrodeposizione su modelli, il pH all&#39;interno del poro è localmente aumentata causando formazione nanofili locale. Poiché ZnO è un semiconduttore di tipo n, reazioni (1) e (2) possono continuare all&#39;interfaccia ZnO / elettrolita, causando la formazione di un cristallino e denso ZnO nanofili 21, 22. Esistono diversi metodi per la sintesi di TiO 2 nanotubi, ma per la formazione di una struttura coassiale utilizzando un processo di elettrodeposizione sequenziale, il metodo sol-gel elettrochimicamente indotta è più adatto. Questo metodo di elettrodeposizione catodica di Tio 2 film è stato introdotto da Natarajan et al. Nel 1996 23. Ed era further migliorato di Karuppuchamy et al. nel 2001 19, 24. Usando questo metodo, ossisolfato di titanio (TiOSO 4) in polvere viene disciolto in una soluzione acquosa di perossido di idrogeno (H 2 O 2) dalla formazione di un complesso peroxotitanate (Ti (O 2) SO 4): TiOSO 4 + H 2 O 2 → Ti (O 2) SO 4 + H 2 O. (3) A potenziali più negativi di -0.9 V vs Ag / AgCl, il pH alla superficie dell&#39;elettrodo è maggiorato riduzione dei nitrati (reazione (1)), formando un gel di idrossido di titanio 19, 20: Ti (O 2) SO 4 + 2OH -. + (X +1) H 2 O → TiO (OH) 2 xH 2 O + H 2 O 2 + SO 4 2 -. (4) Natarajan et al. analisi termica differenziale usato per trovare che l&#39;acqua viene rimossa dal gel di circa 283 ° C durante la ricottura termica, che provoca la formazione di un amorfo TiO 2 fase 23. Per un film planare, cristallizzazione nella fase anatasio si verifica quando la temperatura viene aumentata oltre 365 ° C 23, 25, mentre la cristallizzazione avviene ad una temperatura tra 525 e 550 ° C quando un modello AAO viene utilizzato 25. TiO (OH) 2 · xH 2 O → TiO 2 + (x +1) H 2 O. (5) Il diametro dei pori del modello AAO utilizzato determina se sarà formato un solido nanofili o nanotubi aperto. Deposizione in un modello con un piccolo diametro dei pori (~ 50 nm) risultati in formazione nanofili 20, 26, applicando lo stesso metodo all&#39;interno di un poro con diametro maggiore (~ 200 nm) comportala formazione di nanotubi 25. Questo perché gel crollo può avvenire al momento della rimozione di acqua in eccesso. Nei primi anni 1970, Fujishima e Honda sono stati i primi a pubblicare un sistema di splitting acqua diretta ai raggi UV, che è stata compiuta da un elettrodo rutile accoppiato ad un elettrodo di platino 27, 28. Da allora, oltre 130 materiali semiconduttori sono stati identificati come fotocatalizzatori 29-31. Di questi, biossido di titanio 32-36, 37-40 ossido di zinco, ossido di ferro e 41, 42 sono tra i materiali più intensamente studiato. Il rapporto superficie-volume di questi materiali può essere aumentata drasticamente quando si utilizzano nanoparticelle o nanofili, che porta a maggiore efficienza fotocatalitici 29, 30, 43-49. Per la costruzione di fotocatalitica Ag | nanofili di ZnO, ZnO, che è un fotoattivo n-tipe dei semiconduttori, è stato collegato con Ag tramite elettrodeposizione sequenziale all&#39;interno dello stesso modello 50. All&#39;interno di un singolo nanofili tale, il fotoanodo ZnO e Ag catodo sono direttamente accoppiati senza la necessità di un circuito esterno che collega gli elettrodi, che è in contrasto con la situazione in celle fotoelettrochimiche convenzionali. Ciò semplifica notevolmente l&#39;architettura del dispositivo e aumenta l&#39;efficienza con la riduzione delle perdite ohmiche nel sistema. ZnO e Ag segmenti erano accoppiati poiché l&#39;affinità elettronica di ZnO (4,35 eV vs vacuum) è molto vicino alla funzione lavoro di Ag (4,26 eV vs vuoto). Questo induce la formazione di una barriera Schottky tra le due fasi 51, che permette elettroni eccitati nella banda di conduzione di ZnO di fluire verso Ag, ma non viceversa, vietando così la probabilità di ricombinazione elettrone-lacuna 52. La fase attiva wurtzite di ZnO può essere formato già a 60-90 ° C, che fornisce un modo semplice ed economico per nanowla formazione ire. Questo è in contrasto con la maggior parte degli altri ossidi fotoattivi che richiedono una fase di ricottura intermedia a temperature elevate quando effettuate tramite elettrodeposizione catodica. La conversione del metanolo e acqua in idrogeno e biossido di carbonio è stato utilizzato come reazione modello per illustrare l&#39;utilizzo di un nanofili segmentato contenente un metallo e una fase di ossido di metallo autonoma H 2 formazione sotto l&#39;influenza della luce UV. In questo esperimento, il metanolo viene usato come scavenger foro che viene ossidato a CO 2 al segmento ZnO, dopo la reazione netto CH 3 OH + H 2 O + 6h + → CO 2 + 6H +, (6) dove h + rappresenta un foro di elettroni. I protoni formate al segmento ZnO sono ridotti a H 2 sulla superficie Ag, dopo la reazione 2H + + 2e -594; H 2. (7) Poiché l&#39;energia totale necessaria per le reazioni (6) e (7) è molto più piccolo del gap di banda di ZnO (0,7 e 3,2 eV, rispettivamente), questo processo può avvenire senza la necessità di una fonte di alimentazione esterna. Questo processo è illustrato schematicamente in Figura 1. In questo protocollo, sono spiegate le procedure sperimentali di elettrodeposizione templato per la formazione di nanofili segmentati e coassiali contenenti sia un metallo e una fase semiconduttore. Procedimento per la formazione di segmentato Ag | nanofili di ZnO è delineato, così come la formazione di TiO 2 nanotubi e il loro successivo riempimento con Ag cedere coassiali nanofili TiO 2-Ag. Inoltre, l&#39;attività fotocatalitica del Ag | nanofili di ZnO è dimostrato convertendo una miscela metanolo / acqua in H 2 e CO 2 gas da irradiazione con luce UV utilizzando una base-Pdsensore per il rilevamento H 2. L&#39;enfasi di questo protocollo è sulla preparazione e caratterizzazione fotocatalitica di due ossido di metallo diverso segmentato | moduli nanofili metallici, e un approfondito trattamento più e un esempio di un nanofili multifunzionale si trovano altrove 53. La reazione di scissione dell&#39;acqua che è stato impiegato con i coassiali nanofili TiO 2-Ag possono trovare anche altrove 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

Nanostrutture fotocataliticamente attivi richiedono una grande area superficiale specifica con la presenza di molti siti cataliticamente attivi per le semireazioni di ossidazione e riduzione, e elettrone veloce (foro) diffusione e separazione di carica. Nanofili presentano architetture idonee a soddisfare tali requisiti. Assialmente segmentato Ag | ZnO e radialmente segmentati nanofili (coassiali) TiO 2-AG con diametro di 200 nm e una lunghezza di 6-20 micron sono state fatte da elettrodeposizione su modelli all&#39;interno dei pori di ossido di alluminio (PCTE) o anodizzato-inciso traccia policarbonato (AAO) membrane, rispettivamente. Negli esperimenti fotocatalitiche, i ZnO e TiO 2 fasi agito come fotoanodi, e Ag come catodo. Nessun circuito esterno è necessario per collegare entrambi gli elettrodi, che è un vantaggio chiave rispetto cellule foto-elettrochimico convenzionali. Per rendere segmentato Ag | nanofili di ZnO, l&#39;elettrolita sale Ag è stata sostituita dopo la formazione del segmento Ag per formare un segmento ZnO unttached al segmento Ag. Per rendere coassiali nanofili TiO 2-Ag, un gel TiO 2 è stato formato con il metodo sol-gel elettrochimicamente indotta. Essiccazione e ricottura termica del come formata TiO 2 gel provocarono la formazione di cristallina TiO 2 nanotubi. Una successiva fase di elettrodeposizione Ag all&#39;interno delle TiO 2 nanotubi provocato formazione di coassiali nanofili TiO 2-Ag. Grazie alla combinazione di un semiconduttore di tipo n (ZnO o TiO 2) e un metallo (Ag) all&#39;interno dello stesso nanofili, una barriera Schottky emo all&#39;interfaccia tra le fasi. Per dimostrare l&#39;attività fotocatalitica di questi nanofili, l&#39;Ag | nanofili di ZnO sono stati utilizzati in un esperimento fotocatalitico in cui H 2 gas viene rilevato fino a illuminazione UV dei nanofili dispersi in una miscela metanolo / acqua. Dopo 17 min di illuminazione, circa 0,2% vol H 2 gas è stato rilevato da una sospensione di ~ 0,1 g di Ag | ZnOnanofili in una soluzione acquosa di metanolo 50 ml 80% vol.

Durante elettrodeposizione, la corrente che viene misurata tra gli elettrodi di lavoro e contatori possono essere visualizzati in una curva E. Poiché la corrente è direttamente correlato alla quantità di materiale depositato tramite la legge di Faraday, la corrente osservata è un&#39;indicazione importante di come i proventi di deposizione. E le curve tipiche per la deposizione di Ag | ZnO e TiO 2-Ag nanocavi sono mostrati in figura 4 immagini tipiche SEM di Ag |. Nanofili di ZnO, TiO2 nanotubi, una coassiale TiO 2-Ag nanofili e nanotubi di TiO 2 / Ag possono essere trovato in Figura 5 e Figura 6, rispettivamente. Utilizzando il metodo sol-gel elettrochimicamente indotta per deposizione di un gel titania all&#39;interno del modello e elettrodeposizione sequenziale di Ag può comportare due strutture diverse a seconda della temperatura utilizzata per asciugare il gel. Essiccazione del gel per una notte a 100 ° C a risultati condensation del gel, impedendogli di ridisciogliere in acqua. Poiché nessuna forma tubolare denso è ancora formata a questa temperatura, nuclei Ag sono depositati all&#39;interno del gel titania. Successivamente ricottura a 650 ° C porta alla formazione di nanoparticelle di Ag incorporati in un TiO2 nanotubo (Figura 6c), dopo il crollo del gel titanio provoca le nanoparticelle di Ag da trasportare alle pareti dei pori. Al contrario, ricottura ad alta temperatura del gel titania prima Ag elettrodeposizione porta alla formazione di solido TiO 2 nanotubi. In questo caso, nanofili Ag potrebbero essere depositati all&#39;interno di questi tubi, che porta alla formazione di nanofili TiO 2-Ag con un&#39;architettura coassiale (Figura 6b). L&#39;attività del Ag segmentato | nanofili di ZnO in scissione dell&#39;acqua fotocatalitico può essere studiata utilizzando una soluzione di metanolo / acqua sotto illuminazione UV, dove metanolo funge da pulitore foro. A tecnicamente sempLe metodo per rilevare idrogeno gassoso come evoluzione della soluzione è ottenuta posizionando un sensore H 2 direttamente sopra la soluzione (Figura 7). Questo esperimento rileva solo la quantità di H 2 raggiunge il sensore, per cui la quantità effettiva di H 2 può essere formata superiore anche alcuni H 2 rimane disciolto nella fase metanolo / acqua. Il segnale rilevato dal sensore è mostrato in figura 8a. Figura 8b mostra lo stesso segnale dopo trasformazione alla tempistica di effettiva formazione H 2. Quando la sorgente di luce UV è stata accesa (t = 17,5 min in figura 8a), il segnale scende sostanzialmente a causa della sensibilità alla luce del sensore. Subito dopo questo calo di segnale, la reazione si inneschi e di conseguenza questo momento è stato definito come t = 0 min in Figura 8b, e il segnale corrispondente è stato definito come 0 V. Durante l&#39;esposizione UV della provetta, era anche visibile che piccolo gas bubblsono formate es. Poiché il sensore utilizzato è leggermente trasversale sensibile a metanolo, è stata inclusa anche la misurazione di un campione di riferimento senza nanofili. Durante l&#39;irraggiamento UV, la Figura 8 mostra che il segnale dal campione con nanofili è superiore al segnale dal campione di riferimento. Tale aumento è una misura relativa per la quantità di H 2 gassoso che si forma e si evolve dalla soluzione. Al fine di dare una stima quantitativa per la quantità di H 2 evoluta, la risposta potenziale del sensore dagli esperimenti fotocatalitiche è stata confrontata con la sua risposta in un 4% vol H 2 N 2 in flusso di gas. Dal confronto, è stato stimato che 17 min di illuminazione UV del Ag | nanofili di ZnO ha portato alla formazione di circa 0,2% vol H 2 nel volume di gas sopra la soluzione. Poiché ~ stato utilizzato 0,1 g di nanofili, questo corrisponde a un tasso di evoluzione H 2 di 6,92 x 10<html> -6 Mol / h · g. Come riferimento, sono stati eseguiti esperimenti con monofase ZnO o Ag nanofili. Questi esperimenti, non illustrati qui, non ha dato alcuna indicazione di H 2 formazione; né dalla formazione di bolle di gas né di segnale del sensore. <img alt="Figura 1" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig1highres.jpg" width="500" /> Figura 1 Principio di funzionamento della segmentato Ag | ZnO nanofili in scissione dell&#39;acqua fotocatalitico:. (A) rappresentazione schematica, e (b) diagramma di energia. Quando la luce UV è assorbita dal segmento ZnO, una coppia elettrone-lacuna è formato. Gli elettroni come formate fluiscono alla fase Ag dove sono consumati in una riduzione di semi-reazione elettrochimica. I soggiorni foro nel segmento ZnO dove viene consumata in un semi-reazione ossidativa.ottenere = &quot;_blank&quot;&gt; Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita. <img alt="Figura 2" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig2highres.jpg" width="500" /> Figura 2. Rappresentazione schematica delle fasi consecutive adottate per la sintesi di nanofili. <img alt="Figura 3" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig3highres.jpg" width="500" /> Figura 3. Circuito operativo tipico del sensore 2 H con ponte di Wheatstone. In questo schema, pin 1-4 riferimento al cablaggio del sensore (pin 1 è nero, pin 2 è blu, il pin 3 è bianco, pin 4 è marrone ), R h è la resistenza del riscaldatore (150 ± 50 Ω), R R è la resistenza del riferimento (1500 ± 500 Ω), R s è la resistenza del sensore (1, 000 ± 250 Ω). Il sensore è collegato ad una sorgente di alimentazione a 12 V in modo tale da 0,5 a 1,0 V viene applicata al riscaldatore e 2,7 V viene applicata al ponte di Wheatstone. V OUT è collegata al multimetro / potenziostato. La resistenza vicino al pin 2 è variabile e può essere regolato in modo da ottenere una base appropriata. <img alt="Figura 4" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig4highres.jpg" width="500" /> Figura 4 E le curve tipiche di (a) Ag |.. ZnO nanofili deposizione, e (b) TiO 2-Ag nanofili deposizione I riquadri mostrano una curva ingrandita della deposizione del segmento Ag (a) o nucleo Ag (b). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig4highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> Picture Figura 5 microscopia elettronica a scansione (SEM) di ZnO assialmente segmentato |. Nanofili Ag. <img alt="Figura 6" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig6highres.jpg" width="500" /> Figura 6. Immagini SEM di (a) TiO 2 nanotubi, (b) coassiale TiO 2-Ag nanowire e (c) TiO 2 / Ag nanotubi. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig6highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 7" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig7highres.jpg" width="500" /> Figura 7. Configurazione tipica per il rilevamentodi H 2 gas sviluppato da nanofili fotocatalitiche. Il sensore basato Pd H 2 viene inserito nella spina NS di una cuvetta di quarzo, e collegata ad un amplificatore (vedere la Figura 3). L&#39;amplificatore è azionato da una sorgente di alimentazione a 12 V e il segnale proveniente dal sensore viene letto da un tester (o potenziostato) collegato ad un computer per la rappresentazione grafica del segnale ottenuto. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig7highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 8" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig8highres.jpg" width="500" /> Figura 8 Risposta dal sensore H 2 durante l&#39;irraggiamento UV di Ag. |.. Nanofili di ZnO in una soluzione di metanolo / acqua (linea rossa) e l&#39;esperimento di riferimento senza nanofili (linea blu) (a) del segnale misurato dallasensore; (B) del segnale con H 2 formazione, dove il punto di dati a t = 17,5 min di (a) è stata definita come l&#39;inizio della reazione in (b). <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/51547/51547fig8highres.jpg" target="_blank">Clicca qui per vedere l&#39;immagine ingrandita.</a> <img alt="Figura 9" fo:content-width="5in" src="/files/ftp_upload/51547/51547fig9highres.jpg" width="500" /> . Figura 9 Immagine SEM della photocorroded Ag | ZnO nanofili dopo 48 ore di illuminazione UV.

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

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

Preparazione e utilizzo di fotocataliticamente attivo segmentata Ag | ZnO e coassiale TiO<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

21.6K 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.

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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.

Altissima densità Array of allineato verticalmente Nanofili organici piccola molecolari su substrati arbitrarie

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

Ricerca

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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.

Monostrato Contatto doping di silicio superfici e nanofili Uso organofosforici Composti

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.

Valutare plasmoniche Trasporti in Current-carrying Argento Nanowires

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

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

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

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

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

In Situ Neutron polvere diffrazione Utilizzo su misura agli ioni di litio batterie

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.

Preparazione e reattività di gasless Nanostrutturati materiali energetici

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.

Un metodo conveniente e affidabile per prevedere lo stress meccanico in monouso e pompe standard

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

Resonance Raman Spectroscopy of Extreme Nanowires and Other 1D Systems

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

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

Risonanza Spettroscopia Raman di estrema nanofili e altri sistemi 1D

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

A Fabrication Method for Highly Stretchable Conductors with Silver Nanowires

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

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

Un metodo di fabbricazione di conduttori è molto estensibile con argento Nanofili

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

Design and Use of a Full Flow Sampling System (FFS) for the Quantification of Methane Emissions

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas industry faces continued scrutiny for methane emissions from across the supply chain, due to methane&#39;s relatively high global warming potential (25-84x that of carbon dioxide, according to the Energy Information Administration). Currently, a variety of techniques of varied uncertainties exists to measure or estimate methane emissions from components or facilities. Currently, only one commercial system is available for quantification of component level emissions and recent reports have highlighted its weaknesses.
In order to improve accuracy and increase measurement flexibility, we have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases based on transportation emissions measurement principles. The FFS is a modular system that consists of an explosive-proof blower(s), mass airflow sensor(s) (MAF), thermocouple, sample probe, constant volume sampling pump, laser based greenhouse gas sensor, data acquisition device, and analysis software. Dependent upon the blower and hose configuration employed, the current FFS is able to achieve a flow rate ranging from 40 to 1,500 standard cubic feet per minute (SCFM). Utilization of laser-based sensors mitigates interference from higher hydrocarbons (C2+). Co-measurement of water vapor allows for humidity correction. The system is portable, with multiple configurations for a variety of applications ranging from being carried by a person to being mounted in a hand drawn cart, on-road vehicle bed, or from the bed of utility terrain vehicles (UTVs). The FFS is able to quantify methane emission rates with a relative uncertainty of &#177; 4.4%. The FFS has proven, real world operation for the quantification of methane emissions occurring in conventional and remote facilities.

Design and Use of a Full Flow Sampling System FFS for the Quantification of Methane Emissions

We have designed, developed, and implemented a novel full flow sampling system (FFS) for quantification of methane emissions and greenhouse gases from across the natural gas supply chain.

Progettazione e l&#39;uso di un sistema di campionamento a flusso pieno (FFS) per la quantificazione delle emissioni di metano

The use of natural gas continues to grow with increased discovery and production of unconventional shale resources. At the same time, the natural gas ...

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.

Preparazione e 3D tracking di catalitici nuoto 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 ...