Name: molten-salt synthesis of complex metal oxide nanoparticles
Uploaded: 2018-10-27T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles at JoVE.com

作者感谢美国国家科学基金会 (#1710160 奖) 和美国农业部国家粮食及农业研究所 (奖 #2015-38422-24059) 提供的财政支持。德克萨斯大学里约格兰德河谷的化学系感谢罗伯特. 韦尔奇基金会的一项部门赠款提供的慷慨支持 (批准号:BX-0048)。S.K.G. 感谢美国-印度教育基金会 (USIEF) 和国际教育学院 (谎言) 为他的富布赖特的尼赫鲁博士后奖学金 (奖 #2268/FNPDR/2017)。

1. 通过共沉淀路线制备单源复合前驱体
<ol><li>镧和铪前驱体溶液的制备<ol>
<li>在500毫升烧杯中测量200毫升蒸馏水, 开始搅拌 300 rpm。</li>
		<li>在搅拌水中溶解镧和铪前体 [即2.165 g 硝酸镧 (La (NO3)3· 6H2O) 和2.0476 克二氧化铪八水合物 (HfOCl2· 8H2O)]。</li>
		<li>在开始滴定之前, 让溶液搅拌30分钟。</li>
	</ol>
</li>
	<li>稀氨溶液的制备<ol>
<li>准备200毫升稀释氨?...

<ol>
	<li>Kimura, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molten+salt+synthesis+of+ceramic+powders.">Molten salt synthesis of ceramic powders.</a> Advances in Ceramics. , 75-100 (2011).</li><li>Mao, Y., Park, T. J., Wong, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+classes+of+ternary+metal+oxide+nanostructures.">Synthesis of classes of ternary metal oxide nanostructures.</a> Chemical Communications. (46), 5721-5735 (2005).</li><li>Mao, Y., Zhou, H., Wong, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perovskite-phase+metal+oxide+nanostructures:+Synthesis,+properties,+and+applications.">Perovskite-phase metal oxide nanostructures: Synthesis, properties, and applications.</a> Material Matters. 5, 50-53 (2010).</li><li>Mao, Y., Guo, X., Huang, J. Y., Wang, K. L., Chang, J. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Luminescent+nanocrystals+with+A2B2O7+composition+synthesized+by+a+kinetically+modified+molten+salt+Method.">Luminescent nanocrystals with A2B2O7 composition synthesized by a kinetically modified molten salt Method.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 113 (4), 1204-1208 (2009).</li><li>Yu, Y., Wang, S., Li, W., Chen, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Low+temperature+synthesis+of+LaB6+nanoparticles+by+a+molten+salt+route.">Low temperature synthesis of LaB6 nanoparticles by a molten salt route.</a> Powder Technology. 323, 203-207 (2018).</li><li>Liu, X., Fechler, N., Antonietti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Salt+melt+synthesis+of+ceramics,+semiconductors+and+carbon+nanostructures.">Salt melt synthesis of ceramics, semiconductors and carbon nanostructures.</a> Chemical Society Reviews. 42 (21), 8237-8265 (2013).</li><li>Chang, Y., Wu, J., Zhang, M., Kupp, E., Messing, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molten+salt+synthesis+of+morphology+controlled+alpha-alumina+platelets.">Molten salt synthesis of morphology controlled alpha-alumina platelets.</a> Ceramics International. 43 (15), 12684-12688 (2017).</li><li>Mao, Y., Park, T. J., Zhang, F., Zhou, H., Wong, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Environmentally+friendly+methodologies+for+nanostructure+synthesis.">Environmentally friendly methodologies for nanostructure synthesis.</a> Small. 3 (7), 1122-1139 (2007).</li><li>Liu, J. R., Hong, R. Y., Feng, W. G., Badami, D., Wang, Y. Q. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large+scale+production+of+strontium+ferrite+by+molten+salt+assited+coprecipitation.">Large scale production of strontium ferrite by molten salt assited coprecipitation.</a> Powder Technology. 262, 142-149 (2014).</li><li>Yuanbing, M., Banerjee, S., Wong, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Large-scale+synthesis+of+single-crystalline+perovskite+nanostructures.">Large-scale synthesis of single-crystalline perovskite nanostructures.</a> Journal of the American Chemical Society. 125 (51), 15718-15719 (2003).</li><li>Mao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Facile+synthesis+of+ferromagnetic+double+perovskite+oxide+La2BMnO6+nanoparticles.">Facile synthesis of ferromagnetic double perovskite oxide La2BMnO6 nanoparticles.</a> RSC Advances. 2 (33), 12675-12678 (2012).</li><li>Hailili, R., Wang, C., Lichtfouse, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Perovskite+nanostructures+assembled+in+molten+salt+based+on+halogen+anions+KX+(X+=+F,+Cl+and+Br):+Regulated+morphology+and+defect-mediated+photocatalytic+activity.">Perovskite nanostructures assembled in molten salt based on halogen anions KX (X = F, Cl and Br): Regulated morphology and defect-mediated photocatalytic activity.</a> Applied Catalysis B: Enviromental. 232, 531-543 (2018).</li><li>Yuanbing Mao, J. P., McCloy, J. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Magnetic+properties+of+double+perovskite+oxide+La2BMnO6+nanocrystals.">Magnetic properties of double perovskite oxide La2BMnO6 nanocrystals.</a> Nanoscale. 5 (11), 4720-4728 (2013).</li><li>Mao, Y., Wong, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Reproducible+composition+and+shape+control+of+crystalline+Ca1-xSrxTiO3+perovskite+nanoparticles.">Reproducible composition and shape control of crystalline Ca1-xSrxTiO3 perovskite nanoparticles.</a> Advanced Materials. 17 (18), 2194-2199 (2005).</li><li>Rojas-Hernandez, R. E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Original+synthetic+route+to+obtain+a+SrAl2O4+phosphor+by+the+molten+salt+method:+insights+into+the+reaction+mechanism+and+enhancement+of+the+persistent+luminescence.">Original synthetic route to obtain a SrAl2O4 phosphor by the molten salt method: insights into the reaction mechanism and enhancement of the persistent luminescence.</a> Inorganic Chemistry. 54 (20), 9896-9907 (2015).</li><li>Reddy, M. V., Xu, Y., Rajarajan, V., Ouyang, T., Chowdari, B. V. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Template+free+facile+molten+synthesis+and+energy+storage+studies+on+MCo2O4+(M+=+Mg,+Mn)+as+anode+for+Li-ion+batteries.">Template free facile molten synthesis and energy storage studies on MCo2O4 (M = Mg, Mn) as anode for Li-ion batteries.</a> ACS Sustainable Chemistry and Engineering. 3 (12), 3035-3042 (2015).</li><li>Zuniga, J. P., Gupta, S. K., Pokhrel, M., Mao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Exploring+optical+properties+of+La2Hf2O7:Pr3++nanoparticles+under+UV+and+X-ray+excitations+for+potential+lighting+and+scintillating+applications.">Exploring optical properties of La2Hf2O7:Pr3+ nanoparticles under UV and X-ray excitations for potential lighting and scintillating applications.</a> New Journal of Chemistry. 42 (12), 9381-9392 (2018).</li><li>Pokhrel, M., Wahid, K., Mao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Systematic+studies+on+RE2Hf2O7:5%Eu3++(RE+=+Y,+La,+Pr,+Gd,+Er,+and+Lu)+nanoparticles:+Effects+of+the+A-Site+RE3++cation+and+calcination+on+structure+and+photoluminescence.">Systematic studies on RE2Hf2O7:5%Eu3+ (RE = Y, La, Pr, Gd, Er, and Lu) nanoparticles: Effects of the A-Site RE3+ cation and calcination on structure and photoluminescence.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 120 (27), 14828-14839 (2016).</li><li>Wahid, K., Pokhrel, M., Mao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural,+photoluminescence+and+radioluminescence+properties+of+Eu3++doped+La2Hf2O7+nanoparticles.">Structural, photoluminescence and radioluminescence properties of Eu3+ doped La2Hf2O7 nanoparticles.</a> Journal of Solid State Chemistry. 245, 89-97 (2017).</li><li>Park, T. J., Papaefthymiou, G. C., Moodenbaugh, A. R., Mao, Y., Wong, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+and+characterization+of+submicron+single-crystalline+Bi2Fe4O9+cubes.">Synthesis and characterization of submicron single-crystalline Bi2Fe4O9 cubes.</a> Journal of Materials Chemistry. 15 (21), 2099-2105 (2005).</li><li>Gilbert, M. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molten+salt+synthesis+of+titanate+pyrochlore+waste-forms.">Molten salt synthesis of titanate pyrochlore waste-forms.</a> Ceramics International. 42 (4), 5263-5270 (2016).</li><li>Huang, Z., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molten+salt+synthesis+of+La2Zr2O7+ultrafine+powders.">Molten salt synthesis of La2Zr2O7 ultrafine powders.</a> Ceramics International. 42 (5), 6221-6227 (2016).</li><li>Huang, Z., Duan, H., Liu, J., Zhang, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+lanthanum+cerate+powders+via+a+simple+molten+salt+route.">Preparation of lanthanum cerate powders via a simple molten salt route.</a> Ceramics International. 42 (8), 10482-10486 (2016).</li><li>Wang, G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fabrication+of+rod-like+Ti4O7+with+high+conductivity+by+molten+salt+synthesis.">Fabrication of rod-like Ti4O7 with high conductivity by molten salt synthesis.</a> Materials Letters. 186, 361-363 (2017).</li><li>Pokhrel, M., Burger, A., Groza, M., Mao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhance+the+photoluminescence+and+radioluminescence+of+La2Zr2O7:Eu3++core+nanoparticles+by+coating+with+a+thin+Y2O3+shell.">Enhance the photoluminescence and radioluminescence of La2Zr2O7:Eu3+ core nanoparticles by coating with a thin Y2O3 shell.</a> Optical Materials. 68, 35-41 (2017).</li><li>Ramesh, G., Subramanian, V., Sivasubramanian, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dielectric+properties+of+lead+indium+niobate+ceramics+synthesized+by+conventional+solid+state+reaction+method.">Dielectric properties of lead indium niobate ceramics synthesized by conventional solid state reaction method.</a> Materials Research Bulletin. 45 (12), 1871-1874 (2010).</li><li>Gupta, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Role+of+various+defects+in+the+photoluminescence+characteristics+of+nanocrystalline+Nd2Zr2O7:+An+introspection+through+spectroscopic+and+DFT+calculations.">Role of various defects in the photoluminescence characteristics of nanocrystalline Nd2Zr2O7: An introspection through spectroscopic and DFT calculations.</a> Journal of Materials Chemistry C. 4 (22), 4988-5000 (2016).</li><li>Wang, X., Zhu, Y., Zhang, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+of+lanthanum+zirconate+nano-powders+by+molten+salt+method.">Preparation of lanthanum zirconate nano-powders by molten salt method.</a> Journal of Non-Crystalline Solids. 356 (20-22), 1049-1051 (2010).</li><li>Popov, V. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorite-pyrochlore+phase+transition+in+nanostructured+Ln2Hf2O7+(Ln+=+La-Lu).">Fluorite-pyrochlore phase transition in nanostructured Ln2Hf2O7 (Ln = La-Lu).</a> Journal of Alloys and Compounds. 689, 669-679 (2016).</li><li>Rybarczyk, M. K., Gontarek, E., Lieder, M., Titirici, M. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Salt+melt+synthesis+of+curved+nitrogen-doped+carbon+nanostructures:+ORR+kinetics+boost.">Salt melt synthesis of curved nitrogen-doped carbon nanostructures: ORR kinetics boost.</a> Applied Surface Science. 435, 543-551 (2018).</li><li>Ozen, M., Mertens, M., Snikers, F., D'Hondt, H., Cool, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molten-salt+synthesis+of+tetragonal+micron-sized+barium+titanate+from+a+peroxo-hydroxide+precursor.">Molten-salt synthesis of tetragonal micron-sized barium titanate from a peroxo-hydroxide precursor.</a> Advanced Powder Technology. 28 (1), 146-154 (2017).</li><li>Fazli, R., Fazli, M., Safaei-Naeini, Y., Golestani-Fard, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+effects+of+processing+parameters+on+formation+of+nano-spinel+(MgAl2O4)+from+LiCl+molten+salt.">The effects of processing parameters on formation of nano-spinel (MgAl2O4) from LiCl molten salt.</a> Ceramics International. 39 (6), 6265-6270 (2013).</li><li>Bortolani, F., Dorey, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molten+salt+synthesis+of+PZT+powder+for+direct+write+inks.">Molten salt synthesis of PZT powder for direct write inks.</a> Journal of the European Ceramic Society. 30 (10), 2073-2079 (2010).</li><li>Zhou, H., Mao, Y., Wong, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Probing+structure-parameter+correlations+in+the+molten+synthesis+of+BaZrO3+perovskite+submicron-sized+particles.">Probing structure-parameter correlations in the molten synthesis of BaZrO3 perovskite submicron-sized particles.</a> Chemistry of Materials. 19 (22), 5238-5249 (2007).</li><li>Kimura, T., Machida, M., Yamaguchi, T., Newnham, R. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Products+of+reaction+between+PbO+and+Nb2O5+in+molten+KCl+or+NaCl.">Products of reaction between PbO and Nb2O5 in molten KCl or NaCl.</a> Journal of the American Ceramic Society. 66 (10), 195-197 (1983).</li><li>Liu, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+novel+rechargeable+zinc-air+battery+with+molten+salt+electrolyte.">A novel rechargeable zinc-air battery with molten salt electrolyte.</a> Journal of Power Sources. 342, 435-441 (2017).</li><li>Huang, Z., Li, B., Liu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molten-salt+synthesis+of+oxyapatite+La9.33Si6O26+powders+as+electrolytes+for+intermediate+temperature+solid+oxide+fuel+cells.">Molten-salt synthesis of oxyapatite La9.33Si6O26 powders as electrolytes for intermediate temperature solid oxide fuel cells.</a> Physica status solidi A - Applicationand Materials Science. 207 (10), 2247-2251 (2010).</li><li>Ahmed, J., Mao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis,+characterization+and+electrocatalytic+properties+of+delafossite+CuGaO2.">Synthesis, characterization and electrocatalytic properties of delafossite CuGaO2.</a> Journal of Solid State Chemistry. 242 (1), 77-85 (2016).</li><li>Ahmed, J., Mao, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultrafine+iridium+oxide+nanorods+synthesized+by+molten+salt+method+toward+electrocatalytic+oxygen+and+hydrogen+evolution+reactions.">Ultrafine iridium oxide nanorods synthesized by molten salt method toward electrocatalytic oxygen and hydrogen evolution reactions.</a> Electrochimica Acta. 212, 686-693 (2016).</li></ol>

图 4中的图表提供了 MSS 方法的几个可靠控制因素, 并说明了用于微调合成纳米材料特性的替代途径。此外, 它还有助于确定 MSS 流程中的关键步骤。
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58482/58482fig4.jpg"> 图4: MSS 关键步骤流程图, 指示 NPs 合成程序的控制因素, 并有可能的途径微调其特征.</str...

熔融盐合成 (MSS) 涉及使用熔融盐作为制备纳米材料从其组成前体的反应介质。熔融盐作用于溶剂, 通过增加反应物与其流动性之间的接触面积, 从而促进了化学反应速率的提高。熔融盐的选择对于 MSS 方法的成功至关重要。盐必须满足一些重要的质量要求, 如熔点低, 与反应物种的相容性和最佳水溶性。熔融盐以前用于提高固态反应速率;然而, 在磁通量系统中, 仅使用少量的熔融盐 (与 MSS 不同, 在这种情况下, 将大量添加到形成可溶介质中进行反应, 并控制合成纳米材料的性质, 如颗粒尺寸、形状和结晶度。等)。在这个意义上, MSS 是粉末冶金方法的修改, 不同于磁通量法1、2、3。熔融盐的运用可以 (1) 提高反应动力学速率4 , 同时降低合成温度5, (2) 提高反应物同质性6, (3) 控制结晶尺寸和形貌7, 和 (4)降低集聚水平。
纳米材料由于具有优越的电气、化学、磁性、光学、电子和热性能, 在科学研究和新型工业应用领域有着很高的需求。它们的特性高度依赖于颗粒的大小、形状和结晶度。与其他纳米材料的合成方法相比, MSS 具有一些明显的优点;虽然, 在纳米科学和纳米技术领域, 它尚未被称为其他合成方法。如下所述, 这些优点包括简单、可靠、可扩展性、概化、环境友好、成本效益、相对较低的合成温度和具有干净表面8的 NPs 自由聚集。
简单: MSS 过程可以很容易地在一个简单的实验室与基本设施进行。不需要精密的仪器。前体和熔融盐是空气稳定的, 无需手套箱处理。
可靠性: 一旦所有初始合成参数 (如浓度、pH 值、处理时间和退火温度) 得到优化, 使用 MSS 方法时, 就可以保证高质量和纯产品。如果所有的合成步骤都正确执行, 最终产品可能达到高质量 NPs 所需的所有基本标准。只要所有的合成参数都正确且仔细地遵循, MSS 方法的新手就不会改变合成结果。
可扩展性: MSS 方法能够产生大量大小和形状控制的粒子是至关重要的。这一关键因素非常重要, 因为它允许确定工业效用和效率。与其他合成技术相比, MSS 可以通过在过程中调整化学计量量来轻松生成足够数量的产品。这是该方法的一个重要特性, 因为它允许在工业层面提供便利, 因此, 由于这种可伸缩性9、10, 因此它成为一种更理想的方法。
概化: MSS 法也是一种推广技术, 可生产各种合成纳米颗粒。除了简单的金属氧化物和一些氟化物, 由 MSS 方法成功合成的复杂金属氧化物纳米材料包括 perovskites (ABO3)10、11、12、 13、14、尖晶石 (AB2O4)15、16、烧绿石 (A2B2O7)4、17、18、 19和正交结构 (A2B4O9)2,3,20。更具体地说, 这些纳米材料包括铁氧体、钛酸盐、铌酸、莫来石、硼酸铝、硅灰石和碳酸磷灰石7、9、21。MSS 方法还用于生产各种形貌的纳米材料, 如纳米球4、陶瓷粉末体22、nanoflakes23、微片7、纳米棒24和核壳纳米粒子 (NPs)25, 取决于合成条件和产品的晶体结构。
环境友好: 几种传统的纳米材料制备方法涉及使用大量有机溶剂和有毒物质产生环境问题。对其使用的部分或全部消除, 以及可持续过程产生的废弃物, 是当今绿色化学的需求8。MSS 方法是一种环保的方法, 通过采用无毒的化学和可再生材料, 最大限度地减少废弃物、副产品和能源, 合成纳米材料。
相对较低的合成温度: MSS 方法的处理温度相对于常规固态反应26或溶胶-凝胶燃烧反应27的要求较低。这种较低的温度可节省能源, 同时生产高质量的 NPs。
成本效益: MSS 方法不需要任何苛刻或昂贵的反应物或溶剂或任何专门的仪器。水是用于洗涤使用的熔融盐的主要溶剂, 这也是便宜的。此外, 所需的实验装置仅包括简单的玻璃器皿和没有专门仪器的熔炉, 而具有复杂成分和耐火材料性质的纳米材料也可以生产。
表面无结块: 在 MSS 过程中, 形成的纳米颗粒在熔融盐介质中分布很广, 由于其数量大, 与其高离子强度和粘度1、6 一起使用,8. 与胶体合成和大多数热液/溶剂热工艺不同, 不需要保护表面层来防止形成的 NPs 的连续生长和聚集。
基于 mss 方法的复杂金属氧化物 NPs 的典范合成: mss 方法作为一种普遍且经济有效的方法, 可用于合理和大规模地合成纳米材料, 以获得足够广泛的资料, 这可能受到科学家们的高度欢迎。在纳米科学和纳米技术方面工作。在这里, 选择了镧 hafnate (La2Hf2O7), 因为它在 X 射线成像、高k介电、发光、热像荧光粉、热障涂层等领域的多功能应用, 以及核废料主机。La2Hf2O7也是一个很好的主机掺杂闪烁体由于其高密度, 有效的原子数, 和其晶体结构的可能性与秩序紊乱相变的设计。它属于 a2B2O7系列化合物, 其中 "A" 是具有 +3 氧化态的稀土元素, 而 "B" 表示具有 +4 氧化态的过渡金属元素。然而, 由于耐火性和复杂的化学成分, La2Hf2O7 NPs 缺乏适当的低温和大规模合成方法。
对于基础科学调查和先进的技术应用, 它是制造单分散、高质量和均匀2B2O7 NPs 的先决条件。在这里, 我们使用高结晶 La2Hf2O7 NPs 的合成作为一个例子来证明 MSS 方法的优点。如图 1所示, La2Hf2O7 NPs 是由 MSS 方法在我们以前的报告之后的两步过程中编写的。第一, 一个单一来源的复杂前体 La (哦)3·HfO (OH)2·nH2O 是通过共沉淀路线制备的。在第二步中, 通过使用单源复合前驱体和硝酸盐混合物 (纳米3: KNO3 = 1:1、摩尔比) 在简单的 MSS 过程中合成了尺寸可控 La2Hf2O7 NPs。6小时650摄氏度。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58482/58482fig1.jpg"> 图1: La 的合成步骤示意图2Hf2O7通过 MSS 方法进行 NPs.<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58482/58482fig1large.jpg" target="_blank">请点击这里查看这个数字的更大版本.</a>

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:857px;" width="857">
	<tbody>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;width:520px;">Acetone, ACS, 99.5+%</td>
			<td style="width:95px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:108px;">67-64-1</td>
			<td style="width:135px;">Dried over 4A sieves</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Hafnium dichloride oxide octahydrate, 98+% (metals basis excluding Zr), Zr &#60;1.5%</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>14456-34-9</td>
			<td>Hygroscopic</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Lanthanum(III) nitrate hexahydrate</td>
			<td>Aldrich</td>
			<td>10277-43-7</td>
			<td>Hygroscopic</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Potassium nitrate, ReagentPlus R, &#8805;99.0%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7757-79-1</td>
			<td>Hygroscopic</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Sodium nitrate, ReagentPlus R, &#8805;99.0%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>7631-99-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Ammonium hydroxide, 28% NH3, NH4OH</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>1336-21-6</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Filter paper, P8 grade</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

molten-salt synthesis of complex metal oxide nanoparticles

开发可行的合成方法对于成功探索纳米材料的新特性和潜在应用至关重要。在这里, 我们介绍了熔融盐合成 (MSS) 方法制备金属氧化物纳米材料。优于其他方法的优点包括简单、绿色、可靠性、可扩展性和概化。以烧绿石镧氧化铪 (La2Hf2O7) 为代表, 我们描述了用于成功合成复杂金属氧化物纳米粒子 (NPs) 的 MSS 协议。此外, 通过改变 pH 值、温度、持续时间和退火后的各种合成参数, 该方法具有独特的生产具有不同材料特性的 NPs 的能力。通过微调这些参数, 我们能够合成高度均匀、非凝聚和高结晶性的 NPs。作为一个具体的例子, 我们改变了 La2Hf2O7 NPs 的颗粒大小, 通过更改在 MSS 过程中使用的氢氧化铵溶液的浓度, 这使我们能够进一步探索颗粒尺寸对各种性能。预计 MSS 方法将成为纳米材料的一种较为流行的合成方法, 并在今后几年中更广泛地应用于纳米科技和纳米技术领域。

在有序烧绿石阶段, as 合成 La2Hf2O7 NPs 可能存在。然而, 化学掺杂、压力和温度可能会改变相对萤石的缺陷。我们的材料有可能有多个阶段;然而, 在这里, 我们只关注烧绿石阶段的简单性。X 射线衍射 (XRD) 和拉曼光谱已被用来系统地表征它们的相位纯度、结构和相位。晶体尺寸可使用德拜谢瑞公式进行计算。另一方面, 拉曼光谱被用作二次结构表征技...

Watch this Scientific Journal Video about Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles at JoVE.com

Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles

在这里, 我们展示了一种独特的、相对低温的熔融盐合成方法, 用于制备均匀的复杂金属氧化物镧 hafnate 纳米粒子。

复合金属氧化物纳米粒子的熔融盐合成

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

该程序的总体目标是，将熔盐法作为合成优质单体纳米粒子的合适技术进行演示。熔盐合成实际上已经被广泛用于丰富酵母，使纳米粒子。制造的纳米粒子包括金属氧化物、面粉，甚至被用来制造金属间纳米粒子。首先，在500毫升烧杯中测量200毫升的蒸馏水，然后让它以每分钟300转的速度搅拌。测量2.165克硝酸六氢烷和2.0476克二氯二氧化氢二甲酸酯。接下来添加所有材料，同时搅拌，让起始材料同时溶解。准备不同浓度的氨溶液。例如，在单独的烧杯中加入 20 毫升氢氧化氨 30%至 180 毫升蒸馏水，使浓度为 3%的将前一步中准备的稀释氨氢氧化物溶液加入到毛刺中。在这种情况下，我们显示添加3%氨氢氧化物浓度。确保所有时间覆盖毛刺，因为氨溶液容易蒸发，从而降低其浓度。在滴滴物质中开始滴定。相应地调整跌落的速度两小时。交付几毫升后，溶液将变得多云。这是一个简单的信号，表明沉淀物正在形成。两小时后，取出字符串条，让沉淀物过夜。洗涤前检查溶液的 pH 值。用蒸馏水清洗沉淀物，直到上先液达到中性pH值，通常需要5至8次洗涤。启动真空过滤设置，并在溶液中和后，使用带滤纸的过滤漏斗进行浇注，对溶液进行过滤。确保所有复杂的前体残留物都从烧杯壁上洗净。在室温下干燥由此产生的前体。测量3.033克硝酸钾和2.549克硝酸钠。将测量的盐与35克作为准备的源复合前体混合。可将一至五毫升丙酮或乙醇添加到混合物中，以方便研磨。将混合物放入熔炉之前，确保所有溶剂都蒸发。将混合盐和前体尽可能精细地研磨约30分钟。将所得混合物放入加冕熔炉中，并放入消声炉中。将炉子设置为 650 度，长达 6 小时，冲压速率为每分钟 10 度。是反应是由熔盐的苦恼控制，你可以使用碱金属卤化物，碱金属氢化物，碱金属硫化物，但目标反应是由我们如何选择你的熔盐的方式。人们应该确保它有一个低熔点，足以处理反应，它应该有它的最佳水固体，以便它真的可以很容易移动，只是用水洗它。在这里，这些反应做什么，它真正降低前者的温度相比，其他高温路线，也提高了反应速度。它通过两种方式提高反应速率。它增加了反应物的接触，并增加了反应物在熔盐表面的流动性。在这里，粒子在两个不同的步骤上形成了一个集体的低温。一个步骤称为反应，另一个步骤称为粒子生长。在反应步骤中，反应物的分子会做出反应，除非它们全部处于反应状态，否则它们将继续反应。一旦消耗了所有反应物，颗粒形成就发生在熔盐表面，粒子的生长将是物质。美丽的是，所有那些低于科学断言临界极限的粒子都溶解在熔盐中，因此你得到非常单一的分散粒子与非常精细的形态。X射线衍射模式允许确定合成纳米粒子的纯度水平。代表性结果表明，样品中不存在杂质，因为只说明氟化缺陷的反射平原。然而，XRD的一个主要缺点是，它未能区分氟化物和热炉结构相。由于其相似性，XRD未能显示超钠的热洛洛结构反射。因此，需要另一种结构敏感技术，如拉曼光谱。可以使用饼图共享方程计算平均颗粒大小。该方程为球形纳米粒子提供了公平的结果。计算尺寸与氢氧化铵浓度成比例关系。拉曼光谱仪已显示了六种与有序热洛洛阶段对应的振动模式。一般来说，熔盐合成是一种简单的学习方法。作为一名学生，我发现这是制造高质量纳米粒子的高效工艺。这个过程的许多优点之一是安全性。这个过程本身不会产生任何有毒烟雾，我们能够在露天进行。此外，预计不会找到任何产品，这使得它成为一种非常环保的方法。此外，实际上我们已经探索了熔盐合成的许多应用，以产生两个高贵的纳米粒子大小。我们在此参数上进行了优化，如pH值、处理时间和热条件，一定能够优化这些类型的参数，一定能得到高质量的产品。作为一个群体，我们还尝试扩展熔盐合成，以获得其他技术上重要的氧化物，如许多其他，并努力使这些纳米材料与明确的大小，形状和表面可用于各种催化剂，磁性，光学，以及一些后来的应用。

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

抗癌金属配合物的合成与细胞毒性评价MTT法

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

科研

化学

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

功能化的合成与表征金属 - 有机骨架

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

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

原子定义模板复合氧化物薄膜的外延生长

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

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

单金属和双金属前过渡金属碳化物和氮化物纳米粒子的反相微乳液介导的合成

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

Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol

Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-2-aminoethyl-3-aminosilanetriol

使用N-零价金属芯纳米粒子的生成（2-氨基乙基）-3- aminosilanetriol

In this work, a facile one-pot reaction for the formation of metal nanoparticles in a water solution through the use of ...

Photochemical Oxidative Growth of Iridium Oxide Nanoparticles on CdSe@CdS Nanorods

铱氧化物纳米颗粒对硒化镉硫化镉@纳米棒光化学氧化增长

We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide ...

Synthesis and Characterization of Supramolecular Colloids

超分子胶体的合成与表征

Control over colloidal assembly is of utmost importance for the development of functional colloidal materials with tailored structural and mechanical ...

Synthesis of a Water-soluble Metal&#8211;Organic Complex Array

Synthesis of a Water-soluble MetalÃƒÆ’Ã‚Â¢ÃƒÂ¢Ã¢â‚¬Å¡Ã‚Â¬ÃƒÂ¢Ã¢â€šÂ¬Ã…â€œOrganic Complex Array

一个水溶性金属 - 有机络合物阵列合成

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as ...

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

原位金属氧化物纳米粒子的核探针检测与单细胞定量研究

Micro-analytical techniques based on chemical element imaging enable the localization and quantification of chemical composition at the cellular level. ...

Aerosol-assisted Chemical Vapor Deposition of Metal Oxide Structures: Zinc Oxide Rods

金属氧化物结构的气溶胶辅助化学气相沉积: 氧化锌棒

Whilst columnar zinc oxide (ZnO) structures in the form of rods or wires have been synthesized previously by different liquid- or vapor-phase routes, ...