Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Representative Results
Discussion
Acknowledgements
Materials
References
Chemistry
Nikkelhydroksid nanoark syntetiseres ved en mikrobølgeassistert hydrotermisk reaksjon. Denne protokollen demonstrerer at reaksjonstemperaturen og tiden som brukes til mikrobølgesyntese påvirker reaksjonsutbyttet, krystallstrukturen og det lokale koordinasjonsmiljøet.
En protokoll for rask, mikrobølgeassistert hydrotermisk syntese av nikkelhydroksid nanoark under mildt sure forhold presenteres, og effekten av reaksjonstemperatur og tid på materialets struktur undersøkes. Alle undersøkte reaksjonsbetingelser resulterer i aggregater av lagdelte α-Ni (OH) 2 nanoark. Reaksjonstemperaturen og tiden påvirker sterkt strukturen til materialet og produktutbyttet. Syntetisering av α-Ni(OH)2 ved høyere temperaturer øker reaksjonsutbyttet, senker mellomlagsavstanden, øker krystallinsk domenestørrelse, forskyver frekvensene til mellomlags anionvibrasjonsmoduser og senker porediameteren. Lengre reaksjonstider øker reaksjonsutbyttet og resulterer i lignende krystallinske domenestørrelser. Overvåking av reaksjonstrykket in situ viser at høyere trykk oppnås ved høyere reaksjonstemperaturer. Denne mikrobølgeassisterte synteseruten gir en rask, høy gjennomstrømning, skalerbar prosess som kan brukes til syntese og produksjon av en rekke overgangsmetallhydroksider som brukes til en rekke energilagring, katalyse, sensor og andre applikasjoner.
Nikkelhydroksid, Ni(OH)2, brukes til en rekke bruksområder, inkludert nikkel-sink og nikkel-metallhydridbatterier 1,2,3,4, brenselceller4, vannelektrolysatorer 4,5,6,7,8,9, superkondensatorer4, fotokatalysatorer 4, anionbyttere10, og mange a....
MERK: Den skjematiske oversikten over mikrobølgesynteseprosessen er presentert i figur 1.
1. Mikrobølgesyntese av α-Ni (OH) 2 nanoark
Påvirkning av reaksjonstemperatur og tid på syntesen av α-Ni(OH)2
Før reaksjonen er forløperløsningen [Ni (NO3) 2 · 6 H2O, urea, etylenglykol og vann] en gjennomsiktig grønn farge med en pH på 4,41 ± 0,10 (figur 2A og tabell 1). Temperaturen i mikrobølgereaksjonen (enten 120 °C eller 180 °C) påvirker reaksjonstrykket og fargen på løsningen (figur 2B-G
Mikrobølgesyntese gir en rute for å generere Ni (OH) 2 som er betydelig raskere (13-30 min reaksjonstid) i forhold til konvensjonelle hydrotermale metoder (typiske reaksjonstider på 4,5 timer) 38. Ved å bruke denne mildt sure mikrobølgesynteseruten for å produsere ultratynne α-Ni (OH) 2 nanoark, observeres det at reaksjonstid og temperatur påvirker reaksjonens pH, utbytte, morfologi, porøsitet og struktur av de resulterende materialene. Ved bruk av en in situ rea.......
S.W.K. og C.P.R. takker for støtte fra Office of Naval Research Navy Undersea Research Program (Grant No. N00014-21-1-2072). S.W.K. anerkjenner støtte fra Naval Research Enterprise Internship Program. CPR og CM anerkjenner støtte fra National Science Foundation Partnerships for Research and Education in Materials (PREM) Center for Intelligent Materials Assembly, Award No. 2122041, for analyse av reaksjonsbetingelsene.
....Name | Company | Catalog Number | Comments |
ATR-FTIR | Bruker | Tensor II FT-IR spectrometer equipped with a Harrick Scientific SplitPea ATR micro-sampling accessory | |
Bath sonicator | Fisher Scientific | 15-337-409 | -- |
Ethanol | VWR analytical | AC61509-0040 | 200 proof |
Ethylene Glycol | VWR analytical | BDH1125-4LP | 99% purity |
Falcon Centrifuge tubes | VWR analytical | 21008-940 | 50 mL |
KimWipes | VWR analytical | 21905-026 | -- |
Lab Quest 2 | Vernier | LABQ2 | -- |
Microwave Reactor | Anton Parr | 165741 | Monowave 450 |
Ni(NO3)2 · 6 H2O | Ward's Science | 470301-856 | Research lab grade |
pH Probe | Vernier | PH-BTA | Calibrated vs standard pH solutions (pH= 4, 7, 11) |
Porosemeter | Micromeritics | -- | ASAP 2020. Analysis software: Micromeritics, version 4.03 |
Powder x-ray diffactometer | Bruker | AXS Advanced Poweder x-ray diffractometer; d-spacing, and crystallite size analyses were performed using Highscore XRD software, and crystal structures were created using VESTA 3 software. | |
Reaction vial | Anton Parr | 82723 | 30 mL G30 wideneck, 20 mL max fill capacity |
Reaction vial locking lid | Anton Parr | 161724 | G30 Snap Cap |
Reaction vial PTFE septum | Anton Parr | 161728 | Wideneck |
Scanning electron microscope | FEI | -- | Helios Nanolab 400 |
Urea | VWR analytical | BDH4602-500G | ACS grade |
ABOUT JoVE
Copyright © 2024 MyJoVE Corporation. All rights reserved