Gli autori sono grati a Stephen Steiner alle tecnologie Aerogel per la sua ispirazione e approfondimenti tecnici e al Dr. Deryn Chu presso il laboratorio di ricerca dell'esercito-sensori ed elettrone dispositivi direzione, Dr. Christopher Haines a Armament Research, Sviluppo ed Engineering Center, US Army RDECOM-ARDEC e Dr. Stephen Bartolucci presso i laboratori di Benet US Army per la loro assistenza. Questo lavoro è stato supportato da una sovvenzione fondo di ricerca sviluppo di facoltà alla United States Military Academy di West Point.

Attenzione: Consultare tutte le schede di dati di sicurezza (SDS) prima dell'uso. Utilizzare pratiche adeguate di sicurezza durante l'esecuzione di reazioni chimiche, per includere l'uso di una cappa aspirante e dispositivi di protezione individuale. Evoluzione di gas di idrogeno rapida può causare alta pressione nei tubi di reazione causando tappi al pop e soluzioni per spruzzare fuori. Verificare che i tappi tubo di reazione rimangano aperte come specificato nel protocollo.
1. preparazione del Gel metal
<ol><li>
Preparazione delle soluzioni di ioni metallici.
	<ol>
<li>Preparare 2 mL di soluzioni 0,1 M dei seguenti sali: HAuCl4•3H2O e Na2PdCl4 in acqua deionizzata. Preparare 2 mL di 0,1 M K2PtCl6 a 1:1 (v/v) acqua e solvente di etanolo. Vigorosamente agitare e vortice soluzioni per facilitare la dissoluzione dei sali.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparazione delle soluzioni di agente riducente.
	<ol>
<li>Preparare 10 mL di soluzioni 0,1 M dei seguenti agenti riducenti: borano dimetilammina (DMAB) e NaBH4 (boroidruro di sodio).</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparazione di Au gel.
	<ol>
<li>Pipettare 0,5 mL di soluzione 0,1 M HAuCl4•3H2O in un tubo del microcentrifuge 1,7 mL o 2,0 mL. Con forza, pipettare 0,5 mL di DMAB nel tubo del microcentrifuge con oro soluzione per garantire una rapida combinazione di soluzioni di sale e riducente. Una volta che le soluzioni sono mescolati, posizionare il tubo del microcentrifuge verticalmente in una cremagliera del tubo con il tappo del tubo aperto. Nota: Se il cappuccio del tubo è rimasto chiuso, idrogeno evoluzione gas farà sì che la pressione all'interno di forzare il tappo Apri pop e potenzialmente spruzzare la miscela di riduzione.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparazione del Pd gel.
	<ol>
<li>In un tubo del microcentrifuge 1,7 mL o 2,0 mL, pipettare 0,5 mL di soluzione 0,1 M Na2PdCl4 . Con forza, pipettare 0,5 mL di NaBH4 nel tubo del microcentrifuge con soluzione di Palladio. Luogo il tubo del microcentrifuge verticalmente in una cremagliera del tubo con il tappo del tubo aperto.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparazione di Pt gel.
	<ol>
<li>In un tubo del microcentrifuge 1,7 mL o 2,0 mL, pipettare 0,5 mL di 0,1 M K2PtCl6 soluzione. Con forza, pipettare 0,5 mL di DMAB nel tubo del microcentrifuge con soluzione di platino. Luogo il tubo del microcentrifuge verticalmente in una cremagliera del tubo con il tappo del tubo aperto.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Tubo di inversione.
	<ol>
<li>A circa 5 minuti, tappare le provette microcentrifuga e capovolgere delicatamente 3 - 5 volte a facilitare la coalescenza delle particelle di metallo non fa parte del gel del metallo. Assicurarsi che i tappi tubo sono immediatamente scoperchiata dopo invertendo i tubi, e sostituire i tubi in un rack per mantenere l'orientamento verticale del tubo.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Equilibrazione.<ol>
<li>Mentre Au, Pd e Pt gel formano inizialmente pochi minuti, lasciare gel nascente in soluzione riducente per 3 – 6 h per consentire la completa riduzione degli ioni del metallo e per la minimizzazione di energia libera di superficie si verifichi. Nota: Metallo gel occupano un volume più piccolo rispetto al volume iniziale della soluzione mista di ioni e riducente del metallo. Alcune ulteriori lievi volume di contrazione può essere osservata durante tempo di equilibramento ed è più pronunciato per gel oro e creduta per essere dovuto maturazione25di Ostwald.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Gel di risciacquo.<ol>
<li>Per Au, Pd e Pt gel dopo il periodo di equilibrazione, rimuovere la soluzione in eccesso riducente, ma lasciare abbastanza volume di soluzione, in modo che il gel di metallo rimane sommerso. Assicurarsi che il menisco di soluzione non venga a contatto con il gel di metallo. Nota: Anche se il metallo gel sono abbastanza stabili da trasferire tra soluzioni con una spatola, capillare forze dovuto al contatto con il menisco soluzione deformare e comprimere i gel con un conseguente aumento della densità finale aerogel. Ciò richiede che alcune soluzione riducente rimane nel tubo con il gel sommerso quando il trasferimento di acqua deionizzata.</li>
		<li>Pipettare lentamente acqua deionizzata verso l'alto le provette microcentrifuga. Immergere il tubo del microcentrifuge in una provetta conica 50 mL piena di acqua deionizzata e lasciare che il gel a scorrere all'esterno il tubo del microcentrifuge.</li>
		<li>Lasciare il gel in acqua deionizzata per 24 h e sostituire l'acqua a 12 h. Non per consentire un menisco liquido venga a contatto con il gel.</li>
	</ol>
</li>
</ol>2. superficie elettrochimica (ECSA) caratterizzazione dei gel di metallo bagnato
Nota: Caratterizzazione elettrochimica viene eseguita su metallo bagnato Gel prima di svolgere la liofilizzazione. La ECSA risultante è quindi una stima della superficie della struttura finale aerogel. Misure di adsorbimento di azoto sono utilizzate per stimare l'area della superficie di aerogel di secchi.
<ol><li>
Cambio solvente.<ol>
<li>Rimuovere la maggior quantità di acqua deionizzata dall'Au, Pd e Pt sciacquare soluzioni possibili e assicurarsi che il menisco liquido non venga a contatto con il gel.</li>
		<li>Aggiungere 50 mL, 0,5 M KCl per provette coniche per scambiare l'acqua deionizzata con elettrolita all'interno dei pori del gel di supporto. Lasciare il gel nella soluzione di KCl per 24 h.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Preparazione dell'elettrodo di lavoro.
	<ol>
<li>Spalmate un elettrodo filo 1 mm platino non reattivo lacca utilizzando una spazzola a setole fini o altro dispositivo di applicazione lasciando una lunghezza di 4-5 mm della punta del filo esposta.</li>
		<li>Lasciare 20 minuti per la lacca ad asciugare.</li>
		<li>Applicare almeno due mani di lacca.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
set-up cella 3-elettrodi.
	<ol>
<li>Utilizzare un set-up cella 3-elettrodi con un Ag/AgCl (3M saturata) fanno riferimento a elettrodo, un elettrodo ausiliario/contatore di filo di 0,5 mm diametro Pt e l'elettrodo di lavoro rivestito di lacca.</li>
		<li>Tagliare un tubo conico di plastica 50 mL a metà e utilizzare come una fiala di elettrochimica.</li>
		<li>Contattare il gel con l'elettrodo di lavoro con uno dei due metodi: 1) impalato gel, o 2) contatto modalità.<ol>
<li>
Elettrodo - gel impalato di lavoro.<ol>
<li>Con il gel nella parte inferiore del tubo conico modificate 50ml, inserire delicatamente l'elettrodo rivestito di lacca in gel. Nota: Il metodo impalato gel si rivela più efficace con i gel di Au, mentre Pd e Pt gel frattura più frequentemente al momento dell'inserimento dell'elettrodo.</li>
			</ol>
</li>
			<li>
Elettrodo di lavoro - modalità Contatti.<ol>
<li>Inserire l'elettrodo di lavoro rivestito di lacca del tubo conico lungo la superficie interna e riposare il gel in metallo sulla parte superiore del filo di Pt esposto dell'elettrodo di lavoro.</li>
			</ol>
</li>
		</ol>
</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Spettroscopia di impedenza elettrochimica (EIS).<ol>
<li>Eseguire potenziostatica che EIS scansioni con frequenze comprese tra 100 MHz e 1 mHz utilizzando un 10 mV ampiezza sinusoide. In caso di sovraccarichi di corrente, è possibile utilizzare galvanostatici EIS con la stessa gamma di frequenze e una sinusoide di ampiezza di 100 – 200 mA.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Determinazione della superficie elettrochimica (ECSA) dai dati EIS.<ol>
<li>Per Z ", la componente immaginaria dell'impedenza, al più basso EIS frequenza f di 1 mHz e dividendo per la massa del campione, m, utilizzare la seguente equazione per determinare specifiche capacità, Csp: C SP = 1 / (2 πfZ "m) (1) Nota: dato che la ECSA è determinato da un gel bagnato prima di liofilizzazione in passaggio 3 qui sotto, è possibile determinare massa assumendo che tutti degli ioni metallici in soluzione sono ridotti per formare il gel. Basato su questo presupposto, i resa effettiva inferiore al 100% si tradurrà in sottovalutando Csp.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Voltammetria ciclica (CV).<ol>
<li>Utilizzare velocità di scansione di 100, 75, 50, 25, 10, 5 e 1 mV/s per misure di CV. Utilizzare intervalli di tensione-0,2 a 0.2 V (vs Ag/AgCl) per Au gel e selezionare 0,1-0,4 V per Pd e Pt gel evitare idrogeno adsorbimento e desorbimento e ossidoriduttiva dei metalli.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Determinazione della superficie elettrochimica (ECSA) dai dati di CV.<ol>
<li>Utilizzare il più lento tasso di scansione CV di 1 mV/s e calcolare capacità specifiche con l'equazione: C SP = (∫ivdv) / (2μmΔV) (2) Nota: Qui i e v sono la corrente e potenziale nella scansione CV (A e V), velocità di scansione è μ (V/s), massa del gel è m (g) e ΔV è la potenziale finestra di scarico (vs Ag/AgCl).</li>
	</ol>
</li>
</ol>3. Aerogel preparazione e caratterizzazione.
<ol><li>Rimuovere l'acqua deionizzata risciacquo per gel Au, Pd e Pt in passo 1,8 e garantire che il menisco dell'acqua non venga a contatto con il metallo gel.</li>
	<li>Posizionare il gel in un congelatore a-80 ° C per non meno di 30 min di trasferimento il metallo congelato gel per un congelamento asciuga con una pressione di set-point di 4 Pa o inferiore.</li>
</ol>

<ol>
	<li>Rolison, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catalytic+Nanoarchitectures-the+Importance+of+Nothing+and+the+Unimportance+of+Periodicity.">Catalytic Nanoarchitectures-the Importance of Nothing and the Unimportance of Periodicity.</a> Science. 299, 1698-1701 (2003).</li><li>Wei, T., Chen, C., Chang, K., Lu, S., Hu, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cobalt+Oxide+Aerogels+of+Ideal+Supercapacitive+Properties+Prepared+with+an+Epoxide+Synthetic+Route.">Cobalt Oxide Aerogels of Ideal Supercapacitive Properties Prepared with an Epoxide Synthetic Route.</a> Chemistry of Materials. 21, 3228-3233 (2009).</li><li>Anderson, M., Morris, C., Stroud, R., Merzbacher, C., Rolison, D. <a target="_blank" 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Gli autori non hanno nulla a rivelare.

Il metodo di sintesi di metallo nobile aerogel ha presentato qui risultati nella formazione rapida dei monoliti di superficie porosa, alta che sono paragonabili alle tecniche di sintesi più lenti. La soluzione dello ione del metallo di 1:1 (v/v) al rapporto soluzione riducente è fondamentale nel facilitare il modello di formazione proposto gel. L'evoluzione di gas rapido idrogeno come sottoprodotto della riduzione elettrochimica di ioni metallici funge da agente riduttore secondario e facilita la densificazione e la fu...

Una vasta gamma di immagazzinamento dell'energia e conversione, catalisi e applicazioni di sensori beneficiare di nanostrutture metalliche tridimensionali che forniscono il controllo reattività chimica e trasporto di massa proprietà1,2, 3,4,5. Tali nanostrutture metalliche 3-dimensionale ulteriormente migliorare la conducibilità, duttilità, malleabilità e resistenza8,9. Integrazione in dispositivi necessita che materiali sia free-standing o combinato con materiali di supporto. Incorporazione dei nanomateriali su strutture di supporto consente di ridurre al minimo il materiale attivo, ma può soffrire di adsorbimento debole ed eventuale agglomerazione durante il dispositivo operazione10,11.
Mentre ci sono una varietà di metodi di sintesi per controllare la forma e le dimensioni delle nanoparticelle individuali, alcuni approcci consentono di controllare contigui nanomateriali 3-dimensionale12,13,14. Metallo nobile 3-dimensionale nanostrutture sono state formate attraverso dithiol sollevatore di nanoparticelle monodisperse, formazione di sol-gel, coalescenza delle nanoparticelle, materiali compositi, nanosphere catene e biotemplating15,16 , 17 , 18. molti di questi approcci richiedono tempi di sintesi nell'ordine di giorni o settimane per produrre materiali desiderati. Metallo nobile nanofoams sintetizzato dalla riduzione diretta di soluzioni saline precursore sono stati preparati con un lasso di tempo più veloce di sintesi e con ordine a corta portata di centinaia di micrometri di lunghezza, ma richiedono premendo per integrazione dei dispositivi meccanici 19 , 20.
In primo luogo segnalato da Kistler, gli aerogel di forniscono un percorso di sintesi per ottenere strutture porose con alte aree superficiali specifiche che sono ordini di grandezza meno densi loro massa materiale omologhi21,22,23 . Estendere strutture 3-dimensionale per la scala di lunghezza macroscopico dei materiali alla rinfusa offre un vantaggio su nanoparticelle aggregati o nanofoams che richiedono materiali di supporto o lavorazione meccanica. Mentre gli aerogel forniscono un percorso di sintesi per controllare la porosità e la dimensione delle particelle caratteristica, tuttavia, estesa volte di sintesi e in alcuni casi l'uso di agenti o molecole linker, passaggi e il tempo di elaborazione complessivo aumenta di tappatura.
Qui un metodo per sintetizzare oro, Palladio e platino aerogels tramite una riduzione rapida, diretta basata su soluzione è presentato24. Combinando vari ioni di metallo nobile precursore con agenti riducenti in un 1:1 (v/v) rapporto risultati nella formazione di metallo gel in pochi secondi a minuti confrontati molto tempi più lunghi di sintesi per altre tecniche come sol-gel. L'uso di un tubo del microcentrifuge o tubo conico di piccolo volume sfrutta l'evoluzione di gas di idrogeno vigoroso come un sottoprodotto del passo riduzione facilitando una proposta nucleazione, crescita, densificazione, fusione, modello di equilibrazione per formazione di un gel. Una stretta correlazione in aerogel nanostruttura misure di funzione è determinata con l'esame di analisi di immagini di microscopia elettronica, diffrattometria a raggi x, adsorbimento di gas azoto, spettroscopia di impedenza elettrochimica e voltammetria ciclica. Il solvente superficie specifica accessibile è determinata con spettroscopia di impedenza elettrochimica e la voltammetria ciclica. Questo metodo di sintesi per metallo nobile aerogels viene illustrato tale elevata superficie specifica, monoliti possono essere realizzati con un approccio di riduzione rapida e diretta.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="691">
	<tbody>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:215px;">HAuCl4&#376;&#8226;3H2O&#160;</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">16961-25-4</td>
			<td style="width:229px;"></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:215px;">Na2PdCl4</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">13820-40-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:215px;">K2PtCl6</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">16921-30-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Pd(NH3)4Cl2</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">13933-31-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">K2PtCl4</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">10025-99-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Pt(NH3)4Cl2&#376;&#8226;H2O</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">13933-31-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">dimethylamine borane (DMAB)</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">74-94-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:215px;">NaBH4</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">16940-66-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;width:215px;">NaH2PO2&#376;&#8226;H2O</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:119px;">10039-56-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Ethanol</td>
			<td style="width:128px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>792780</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">Snap Cap Microcentrifuge Tubes, 2.0 mL</td>
			<td style="width:128px;">Cole Parmer</td>
			<td>UX-06333-70</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">Snap Cap Microcentrifuge Tubes, 1.7 mL</td>
			<td style="width:128px;">Cole Parmer</td>
			<td>UX-06333-60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Conical Centrifuge Tubes 15mL</td>
			<td style="width:128px;">Stellar Scientific</td>
			<td>T15-101&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Ag/AgCl Reference Electrode</td>
			<td style="width:128px;">BASi</td>
			<td style="width:119px;">MF-2052</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Pt wire electrode</td>
			<td style="width:128px;">BASi</td>
			<td style="width:119px;">MF-4130</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">Miccrostop Lacquer</td>
			<td style="width:128px;">Tober Chemical Division</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Potentiostat</td>
			<td style="width:128px;">Biologic-USA</td>
			<td style="width:119px;">VMP-3</td>
			<td>Electrochemical analysis-EIS, CV</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">Freeze Dryer</td>
			<td style="width:128px;">Labconco</td>
			<td style="width:119px;">Freezone 2.5 Liter</td>
			<td>Aerogel freeze drying</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">XRD</td>
			<td style="width:128px;">PanAlytical</td>
			<td style="width:119px;">Empyrean</td>
			<td>X-ray diffractometry</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:215px;">Surface and Pore Analyzer</td>
			<td style="width:128px;">Quantachrome</td>
			<td style="width:119px;">NOVA 4000e</td>
			<td>Nitrogen gas adsorption</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:215px;">ImageJ, Image analysis software</td>
			<td style="width:128px;">National Institute of Health</td>
			<td style="width:119px;">NA</td>
			<td>SEM image analysis</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a rapid synthesis method for au, pd, and pt aerogels via direct solution-based reduction

Qui, un metodo per sintetizzare oro, Palladio e platino aerogels tramite una riduzione rapida, diretta basata su soluzione è presentato. La combinazione di vari ioni di metallo nobile precursore con agenti riducenti in un rapporto 1:1 (v/v) la formazione di gel metallici in pochi secondi a minuti rispetto al molto più volte di sintesi per altre tecniche come sol-gel. Condurre la fase di riduzione in una microcentrifuga tubo o tubo conico di piccolo volume facilita una proposta nucleazione, crescita, densificazione, fusione, modello di equilibrazione per formazione di gel, con geometria di gel finale inferiore il volume di reazione iniziale. Questo metodo sfrutta l'evoluzione di gas di idrogeno vigoroso come un sottoprodotto della fase di riduzione e come conseguenza di concentrazioni del reagente. Il solvente superficie specifica accessibile è determinata con spettroscopia di impedenza elettrochimica e la voltammetria ciclica. Dopo il risciacquo e la liofilizzazione, la struttura di aerogel risultante viene esaminata con microscopia elettronica, diffrattometria di raggi x e adsorbimento di gas azoto. Le tecniche di caratterizzazione e metodo di sintesi causare una stretta corrispondenza di dimensioni del legamento di aerogel. Questo metodo di sintesi per metallo nobile aerogels viene illustrato tale elevata superficie specifica, monoliti possono essere realizzati con un approccio di riduzione rapida e diretta.

L'aggiunta di soluzioni di ione e riducente metallo insieme si traduce in soluzioni immediatamente trasformare un colore nero scuro con evoluzione di gas vigorosa. Osservazione del progresso reazione suggerisce il meccanismo di formazione di gel proposta illustrato nella Figura 1. Formazione di gel procede attraverso cinque fasi di nucleazione 1) nanoparticelle, 2) crescita, 3) densificazione, fusione 4) e 5) equilibrazione. I primi quattro passaggi sono osse...

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A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction

Un metodo di sintesi rapida per Au, Pd e Pt Aerogels tramite riduzione diretta basata su soluzione

Viene presentato un metodo di sintesi di riduzione basato su soluzione rapida, diretta per ottenere gli aerogel Au, Pd e Pt.

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various ...

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Research

JoVE Journal

Chemistry

8.6K Views.  United States Military Academy, West Point. Viene presentato un metodo di sintesi di riduzione basato su soluzione rapida, diretta per ottenere gli aerogel Au, Pd e Pt.

Video: A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction

Preparing Silica Aerogel Monoliths via a Rapid Supercritical Extraction Method

A procedure for the fabrication of monolithic silica aerogels in eight hours or less via a rapid supercritical extraction process is described. The procedure requires 15-20 min of preparation time, during which a liquid precursor mixture is prepared and poured into wells of a metal mold that is placed between the platens of a hydraulic hot press, followed by several hours of processing within the hot press. The precursor solution consists of a 1.0:12.0:3.6:3.5 x 10-3 molar ratio of tetramethylorthosilicate (TMOS):methanol:water:ammonia. In each well of the mold, a porous silica sol-gel matrix forms. As the temperature of the mold and its contents is increased, the pressure within the mold rises. After the temperature/pressure conditions surpass the supercritical point for the solvent within the pores of the matrix (in this case, a methanol/water mixture), the supercritical fluid is released, and monolithic aerogel remains within the wells of the mold. With the mold used in this procedure, cylindrical monoliths of 2.2 cm diameter and 1.9 cm height are produced. Aerogels formed by this rapid method have comparable properties (low bulk and skeletal density, high surface area, mesoporous morphology) to those prepared by other methods that involve either additional reaction steps or solvent extractions (lengthier processes that generate more chemical waste).The rapid supercritical extraction method can also be applied to the fabrication of aerogels based on other precursor recipes.

This article describes a rapid supercritical extraction method for fabricating silica aerogels. By utilizing a confined mold and hydraulic hot press, monolithic aerogels can be made in eight hours or less.

Preparazione Silica Aerogel Monoliti tramite una rapida supercritica metodo di estrazione

A procedure for the fabrication of monolithic silica aerogels in eight hours or less via a rapid supercritical extraction process is described. The ...

Ricerca

Chimica

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.

Sintesi, Caratterizzazione, e funzionalizzazione di ibrida UA / CdS e Au / ZnS core / shell nanoparticelle

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

A Method to Manipulate Surface Tension of a Liquid Metal via Surface Oxidation and Reduction

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where interfacial tension is a dominant force. A variety of methods exist for controlling the interfacial tension of aqueous and organic liquids on this scale; however, these techniques have limited utility for liquid metals due to their large interfacial tension.
Liquid metals can form soft, stretchable, and shape-reconfigurable components in electronic and electromagnetic devices. Although it is possible to manipulate these fluids via mechanical methods (e.g., pumping), electrical methods are easier to miniaturize, control, and implement. However, most electrical techniques have their own constraints: electrowetting-on-dielectric requires large (kV) potentials for modest actuation, electrocapillarity can affect relatively small changes in the interfacial tension, and continuous electrowetting is limited to plugs of the liquid metal in capillaries.
Here, we present a method for actuating gallium and gallium-based liquid metal alloys via an electrochemical surface reaction. Controlling the electrochemical potential on the surface of the liquid metal in electrolyte rapidly and reversibly changes the interfacial tension by over two orders of magnitude ( &#820;500 mN/m to near zero). Furthermore, this method requires only a very modest potential (&#60; 1 V) applied relative to a counter electrode. The resulting change in tension is due primarily to the electrochemical deposition of a surface oxide layer, which acts as a surfactant; removal of the oxide increases the interfacial tension, and vice versa. This technique can be applied in a wide variety of electrolytes and is independent of the substrate on which it rests.

We present a method to control the interfacial energy of a liquid metal in an electrolyte via electrochemical deposition (or removal) of a surface oxide layer. This simple method can control the capillary behavior of gallium-based liquid metals by tuning the interfacial energy rapidly, significantly, and reversibly using modest voltages.

Un metodo per manipolare Tensione superficiale di un metallo liquido tramite ossidazione superficiale e riduzione

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where ...

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

The chemical linking or bioconjugation of proteins to fluorescent dyes, drugs, polymers and other proteins has a broad range of applications, such as the development of antibody drug conjugates (ADCs) and nanomedicine, fluorescent microscopy and systems chemistry. For many of these applications, specificity of the bioconjugation method used is of prime concern. The Michael addition of maleimides with cysteine(s) on the target proteins is highly selective and proceeds rapidly under mild conditions, making it one of the most popular methods for protein bioconjugation.
We demonstrate here the modification of the only surface-accessible cysteine residue on yeast cytochrome c with a ruthenium(II) bisterpyridine maleimide. The protein bioconjugation is verified by gel electrophoresis and purified by aqueous-based fast protein liquid chromatography in 27% yield of isolated protein material. Structural characterization with MALDI-TOF MS and UV-Vis is then used to verify that the bioconjugation is successful. The protocol shown here is easily applicable to other cysteine - maleimide coupling of proteins to other proteins, dyes, drugs or polymers.

Synthesis of Protein Bioconjugates via Cysteine-maleimide Chemistry

This protocol details the important steps required for the bioconjugation of a cysteine containing protein to a maleimide, including reagent purification, reaction conditions, bioconjugate purification and bioconjugate characterization.

Sintesi di proteine ​​bioconiugati<em&gt; via</em&gt; Chimica cisteina-maleimmide

The chemical linking or bioconjugation of proteins to fluorescent dyes, drugs, polymers and other proteins has a broad range of applications, such as the ...

Combining Solid-state and Solution-based Techniques: Synthesis and Reactivity of Chalcogenidoplumbates(II or IV)

The phases of &#34;PbCh2&#34; (Ch = Se, Te) are obtained from solid-state syntheses (i.e., by the fusion of the elements under inert conditions in silica glass ampules). Reduction of such phases by elemental alkaline metals in amines affords crystalline chalcogenidoplumbate(II) salts comprised of [PbTe3]2- or [Pb2Ch3]2- anions, depending upon which sequestering agent for the cations is present: crown ethers, like 18-crown-6, or cryptands, like [2.2.2]crypt. Reactions of solutions of such anions with transition-metal compounds yield (poly-)chalcogenide anions or transition-metal chalcogenide clusters, including one with a &#181;-PbSe ligand (i.e., the heaviest-known CO homolog).
In contrast, the solid-state synthesis of a phase of the nominal composition &#34;K2PbSe2&#34; by successive reactions of the elements and by the subsequent solvothermal treatment in amines yields the first non-oxide/halide inorganic lead(IV) compound: a salt of the ortho-selenidoplumbate(IV) anion [PbSe4]4-. This was unexpected due to the redox potentials of Pb(IV) and Se(-II). Such methods can further be applied to other elemental combinations, leading to the formation of solutions with binary [HgTe2]2- or [BiSe3]3- anions, or to large-scale syntheses of K2Hg2Se3 or K3BiSe3 via the solid-state route.
All compounds are characterized by single-crystal X-ray diffraction and elemental analysis; solutions of plumbate salts can be investigated by 205Pb and 77Se or 127Te NMR techniques. Quantum chemical calculations using density functional theory methods enable energy comparisons. They further allow for insights into the electronic configuration and thus, the bonding situation. Molecular Rh-containing Chevrel-type compounds were found to exhibit delocalized mixed valence, whereas similar telluridopalladate anions are electron-precise; the cluster with the &#181;-PbSe ligand is energetically favored over a hypothetical CO analog, in line with the unsuccessful attempt at its synthesis. The stability of formal Pb(IV) within the [PbSe4]4- anion is mainly due to a suitable stabilization within the crystal lattice.

Combining Solid-state and Solution-based Techniques: Synthesis and Reactivity of ChalcogenidoplumbatesII or IV

The synthesis of chalcogenidoplumbates(II,IV) via the in situ reduction of nominal "PbCh2" (Ch = Chalcogen) and via a solid-state reaction and subsequent solvothermal reactions is presented. Additionally, reactivities of plumbate(II) solutions are portrayed, which yield the heaviest-known CO homolog known to date: the &#181;-PbSe ligand.

La combinazione a stato solido e tecniche di soluzione a base di: Sintesi e reattività di Chalcogenidoplumbates (II o IV)

The phases of &#34;PbCh2&#34; (Ch = Se, Te) are obtained from solid-state syntheses (i.e., by the fusion of the elements under inert conditions in silica ...

Synthesis and Testing of Supported Pt-Cu Solid Solution Nanoparticle Catalysts for Propane Dehydrogenation

A convenient method for the synthesis of bimetallic Pt-Cu catalysts and performance tests for propane dehydrogenation and characterization are demonstrated here. The catalyst forms a substitutional solid solution structure, with a small and uniform particle size around 2 nm. This is realized by careful control over the impregnation, calcination, and reduction steps during catalyst preparation and is identified by advanced in situ synchrotron techniques. The catalyst propane dehydrogenation performance continuously improves with increasing Cu:Pt atomic ratio.

A convenient method for the synthesis of 2 nm supported bimetallic nanoparticle Pt-Cu catalysts for propane dehydrogenation is reported here. In situ synchrotron X-ray techniques allow for the determination of the catalyst structure, which is typically unobtainable using laboratory instruments.

Sintesi e test di sostanza solida Pt-Cu sostenuta Catalizzatori di nanoparticelle per la deidrogenazione del propano

A convenient method for the synthesis of bimetallic Pt-Cu catalysts and performance tests for propane dehydrogenation and characterization are ...

Synthesis of Platinum-nickel Nanowires and Optimization for Oxygen Reduction Performance

Platinum-nickel (Pt-Ni) nanowires were developed as fuel cell electrocatalysts, and were optimized for the performance and durability in the oxygen reduction reaction. Spontaneous galvanic displacement was used to deposit Pt layers onto Ni nanowire substrates. The synthesis approach produced catalysts with high specific activities and high Pt surface areas. Hydrogen annealing improved Pt and Ni mixing and specific activity. Acid leaching was used to preferentially remove Ni near the nanowire surface, and oxygen annealing was used to stabilize near-surface Ni, improving durability and minimizing Ni dissolution. These protocols detail the optimization of each post-synthesis processing step, including hydrogen annealing to 250 &#176;C, exposure to 0.1 M nitric acid, and oxygen annealing to 175 &#176;C. Through these steps, Pt-Ni nanowires produced increased activities more than an order of magnitude than Pt nanoparticles, while offering significant durability improvements. The presented protocols are based on Pt-Ni systems in the development of fuel cell catalysts. These techniques have also been used for a variety of metal combinations, and can be applied to develop catalysts for a number of electrochemical processes.

&#160; The protocol describes the synthesis and electrochemical testing of platinum-nickel nanowires. Nanowires were synthesized by the galvanic displacement of a nickel nanowire template. Post-synthesis processing, including hydrogen annealing, acid leaching, and oxygen annealing were used to optimize nanowire performance and durability in the oxygen reduction reaction.

Sintesi di nanofili di platino-nichel e ottimizzazione per le prestazioni di riduzione di ossigeno

Platinum-nickel (Pt-Ni) nanowires were developed as fuel cell electrocatalysts, and were optimized for the performance and durability in the oxygen ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three preparation methods are described: (a) the incorporation of metal salts into silica or alumina wet gels using an impregnation method; (b) the incorporation of metal salts into alumina wet gels using a co-precursor method; and (c) the addition of metal nanoparticles directly into a silica aerogel precursor mixture. The methods utilize a hydraulic hot press, which allows for rapid (&#60;6 h) supercritical extraction and results in aerogels of low density (0.10 g/mL) and high surface area (200-800 m2/g). While the work presented here focuses on the use of copper salts and copper nanoparticles, the approach can be implemented using other metal salts and nanoparticles. A protocol for testing the three-way catalytic ability of these aerogels for automotive pollution mitigation is also presented. This technique uses custom-built equipment, the Union Catalytic Testbed (UCAT), in which a simulated exhaust mixture is passed over an aerogel sample at a controlled temperature and flow rate. The system is capable of measuring the ability of the catalytic aerogels, under both oxidizing and reducing conditions, to convert CO, NO and unburned hydrocarbons (HCs) to less harmful species (CO2, H2O and N2). Example catalytic results are presented for the aerogels described.

Here we present protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms. Methods for preparing materials using copper salts and copper-containing nanoparticles are featured. Catalytic testing protocols demonstrate the effectiveness of these aerogels for three-way catalysis applications.

Fabbricazione e collaudo di aerogel catalitico preparato tramite rapida estrazione supercritica

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three ...

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.

Sintesi e caratterizzazione di prestazioni di catalizzatore singolo atomo del metallo di transizione per elettrochimica CO2 riduzione

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

Synthesis of Substrate-Bound Au Nanowires Via an Active Surface Growth Mechanism

Advancing synthetic capabilities is important for the development of nanoscience and nanotechnology. The synthesis of nanowires has always been a challenge, as it requires asymmetric growth of symmetric crystals. Here, we report a distinctive synthesis of substrate-bound Au nanowires. This template-free synthesis employs thiolated ligands and substrate adsorption to achieve the continuous asymmetric deposition of Au in solution at ambient conditions. The thiolated ligand prevented the Au deposition on the exposed surface of the seeds, so the Au deposition only occurs at the interface between the Au seeds and the substrate. The side of the newly deposited Au nanowires is immediately covered with the thiolated ligand, while the bottom facing the substrate remains ligand-free and active for the next round of Au deposition. We further demonstrate that this Au nanowire growth can be induced on various substrates, and different thiolated ligands can be used to regulate the surface chemistry of the nanowires. The diameter of the nanowires can also be controlled with mixed ligands, in which another &#34;bad&#34; ligand could turn on the lateral growth. With the understanding of the mechanism, Au nanowire-based nanostructures can be designed and synthesized.

We report a solution-based method to synthesize substrate-bound Au nanowires. By tuning the molecular ligands used during the synthesis, the Au nanowires can be grown from various substrates with different surface properties. Au nanowire-based nanostructures can also be synthesized by adjusting the reaction parameters.