Name: a continuous-flow photocatalytic reactor for the precisely controlled deposition of metallic nanoparticles
Uploaded: 2019-04-10T12:30:00
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作者感谢 Sabanci 大学和瑞士联邦材料科学和技术实验室 (Empa) 提供的所有支持。

1. 光催化沉积反应器的制备和运行
注意: 打开 UV 灯时, 请使用 UV-C 防护眼镜。
<ol><li>
光催化沉积反应器的研制
	<ol>
<li>用厚的、抛光的、粘附的铝箔覆盖聚氯乙烯 (PVC) 管的内表面 (直径 x 长度 = 15 厘米 x 55 厘米; 也可使用其他材料)。在管的内表面以相等的距离安装 5个 55 w UV-C 灯 (见材料表)。</li>
		<li>沿 PVC 管的中心轴固定石英管 (直径 x 长度 = 0.5 厘...

<ol>
	<li>Okitsu, K., Mizukoshi, Y., Ashokkumar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Catalytic+Applications+of+Noble+Metal+Nanoparticles+Produced+by+Sonochemical+Reduction+of+Noble+Metal+Ions.">Catalytic Applications of Noble Metal Nanoparticles Produced by Sonochemical Reduction of Noble Metal Ions.</a> Handbook of Ultrasonics and Sonochemistry. , 325-363 (2016).</li><li>Shakoori Oskooie, M., Menceloglu, Y. Z., Unal, S., Hayat Soytas, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Rapid+Microwave-assisted+Synthesis+of+Platinum+Nanoparticles+Immobilized+in+Electrospun+Carbon+Nanofibers+for+Electrochemical+Catalysis.">Rapid Microwave-assisted Synthesis of Platinum Nanoparticles Immobilized in Electrospun Carbon Nanofibers for Electrochemical Catalysis.</a> ACS Applied Nano Materials. , (2018).</li><li>Kaplan, B. Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene:+A+Promising+Catalyst+Support+for+Oxygen+Reduction+Reaction+in+Polymer+Electrolyte+Membrane+Fuel+Cells.">Graphene: A Promising Catalyst Support for Oxygen Reduction Reaction in Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells.</a> ECS Meeting Abstracts. , (2018).</li><li>Iliev, V., Tomova, D., Bilyarska, L., Eliyas, A., Petrov, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Photocatalytic+properties+of+TiO2+modified+with+platinum+and+silver+nanoparticles+in+the+degradation+of+oxalic+acid+in+aqueous+solution.">Photocatalytic properties of TiO2 modified with platinum and silver nanoparticles in the degradation of oxalic acid in aqueous solution.</a> Applied Catalysis B: Environmental. 63, 266-271 (2006).</li><li>Bumajdad, A., Madkour, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Understanding+the+superior+photocatalytic+activity+of+noble+metals+modified+titania+under+UV+and+visible+light+irradiation.">Understanding the superior photocatalytic activity of noble metals modified titania under UV and visible light irradiation.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 7146 (2014).</li><li>&#350;anl&#305;, L. I., Bayram, V., Yarar, B., Ghobadi, S., G&#252;rsel, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+of+graphene+supported+platinum+nanoparticles+for+polymer+electrolyte+membrane+fuel+cells:+Effect+of+support+type+and+impregnation-reduction+methods.">Development of graphene supported platinum nanoparticles for polymer electrolyte membrane fuel cells: Effect of support type and impregnation-reduction methods.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 41, 3414-3427 (2016).</li><li>I&#351;&#305;kel &#350;anl&#305;, L., Bayram, V., Ghobadi, S., D&#252;zen, N., G&#252;rsel, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Engineered+catalyst+layer+design+with+graphene-carbon+black+hybrid+supports+for+enhanced+platinum+utilization+in+PEM+fuel+cell.">Engineered catalyst layer design with graphene-carbon black hybrid supports for enhanced platinum utilization in PEM fuel cell.</a> International Journal of Hydrogen Energy. 42, 1085-1092 (2017).</li><li>Dom&#237;nguez-Dom&#237;nguez, S., Arias-Pardilla, J., Berenguer-Murcia, &. #. 1. 9. 3. ;., Morall&#243;n, E., Cazorla-Amor&#243;s, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+deposition+of+platinum+nanoparticles+on+different+carbon+supports+and+conducting+polymers.">Electrochemical deposition of platinum nanoparticles on different carbon supports and conducting polymers.</a> Journal of Applied Electrochemistry. 38, 259-268 (2008).</li><li>Pan, X., Xu, Y. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Defect-Mediated+Growth+of+Noble-Metal+(Ag,+Pt,+and+Pd)+Nanoparticles+on+TiO2+with+Oxygen+Vacancies+for+Photocatalytic+Redox+Reactions+under+Visible+Light.">Defect-Mediated Growth of Noble-Metal (Ag, Pt, and Pd) Nanoparticles on TiO2 with Oxygen Vacancies for Photocatalytic Redox Reactions under Visible Light.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 117, 17996-18005 (2013).</li><li>Zhang, Y., Zhang, N., Tang, Z. -. R., Xu, Y. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Graphene+Oxide+as+a+Surfactant+and+Support+for+In-Situ+Synthesis+of+Au-Pd+Nanoalloys+with+Improved+Visible+Light+Photocatalytic+Activity.">Graphene Oxide as a Surfactant and Support for In-Situ Synthesis of Au-Pd Nanoalloys with Improved Visible Light Photocatalytic Activity.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 118, 5299-5308 (2014).</li><li>Abdolhosseinzadeh, S., Asgharzadeh, H., Sadighikia, S., Khataee, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=UV-assisted+synthesis+of+reduced+graphene+oxide-ZnO+nanorod+composites+immobilized+on+Zn+foil+with+enhanced+photocatalytic+performance.">UV-assisted synthesis of reduced graphene oxide-ZnO nanorod composites immobilized on Zn foil with enhanced photocatalytic performance.</a> Research on Chemical Intermediates. 42, 4479-4496 (2016).</li><li>Abdolhosseinzadeh, S., Sadighikia, S., G&#252;rsel, S. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Scalable+Synthesis+of+Sub-Nanosized+Platinum-Reduced+Graphene+Oxide+Composite+by+an+Ultraprecise+Photocatalytic+Method.">Scalable Synthesis of Sub-Nanosized Platinum-Reduced Graphene Oxide Composite by an Ultraprecise Photocatalytic Method.</a> ACS Sustainable Chemistry &amp; Engineering. 6, 3773-3782 (2018).</li><li>Zhang, N., Yang, M. -. Q., Liu, S., Sun, Y., Xu, Y. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Waltzing+with+the+Versatile+Platform+of+Graphene+to+Synthesize+Composite+Photocatalysts.">Waltzing with the Versatile Platform of Graphene to Synthesize Composite Photocatalysts.</a> Chemical Reviews. 115, 10307-10377 (2015).</li><li>Han, C., Zhang, N., Xu, Y. -. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Structural+diversity+of+graphene+materials+and+their+multifarious+roles+in+heterogeneous+photocatalysis.">Structural diversity of graphene materials and their multifarious roles in heterogeneous photocatalysis.</a> Nano Today. 11, 351-372 (2016).</li><li>Abdolhosseinzadeh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Bandgap Modulation of Graphene Oxide and Its Application in the Photocatalytic Deposition of Metallic Nanoparticles. , (2017).</li><li>Abdolhosseinzadeh, 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=Fast+and+fully-scalable+synthesis+of+reduced+graphene+oxide.">Fast and fully-scalable synthesis of reduced graphene oxide.</a> Scientific Reports. 5, 10160 (2015).</li><li>Ma, Y., Wei, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+platinum+in+waste+platinum-loaded+carbon+catalyst+samples+using+microwave-assisted+sample+digestion+and+ICP-OES.">Determination of platinum in waste platinum-loaded carbon catalyst samples using microwave-assisted sample digestion and ICP-OES.</a> AIP Conference Proceedings. 1829 (1), 020008 (2017).</li><li>Sevilla, M., Sanch&#237;s, C., Vald&#233;s-Sol&#237;s, T., Morall&#243;n, E., Fuertes, A. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+dispersed+platinum+nanoparticles+on+carbon+nanocoils+and+their+electrocatalytic+performance+for+fuel+cell+reactions.">Highly dispersed platinum nanoparticles on carbon nanocoils and their electrocatalytic performance for fuel cell reactions.</a> Electrochimica Acta. 54, 2234-2238 (2009).</li><li>de S&#225;, D. 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=Intensification+of+photocatalytic+degradation+of+organic+dyes+and+phenol+by+scale-up+and+numbering-up+of+meso-+and+microfluidic+TiO2+reactors+for+wastewater+treatment.">Intensification of photocatalytic degradation of organic dyes and phenol by scale-up and numbering-up of meso- and microfluidic TiO2 reactors for wastewater treatment.</a> Journal of Photochemistry and Photobiology A: Chemistry. 364, 59-75 (2018).</li><li>Kononova, O. N., Leyman, T. A., Melnikov, A. M., Kashirin, D. M., Tselukovskaya, 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=Ion+exchange+recovery+of+platinum+from+chloride+solutions.">Ion exchange recovery of platinum from chloride solutions.</a> Hydrometallurgy. 100, 161-167 (2010).</li></ol>

纳米粒子是最广泛使用的贵金属基催化剂。在几乎所有情况下, NNPs 都沉积在导电或半导体支撑材料上。这种杂交主要是通过在预期的基板 (材料) 存在下减少贵金属的阳离子来完成的。因此, 一种成功的基于 nnp 的纳米复合材料的合成方法应至少满足两个主要要求: 1) 阳离子的还原应高效、完整;2) 沉积速率、位置和数量应可控。在这项工作中, 我们已经证明, 所开发的反应堆 (和合成方法) 能够成功?...

金属纳米颗粒, 特别是贵金属 (如 Pt、Au、Pd) 在催化1中有着广泛的应用。一般来说, 减小纳米粒子的大小会增加其催化活性, 同时保持成本 (重量) 不变, 但也增加了其应用难度。NPs (通常小于10纳米) 有很大的聚集倾向, 从而降低其催化活性;然而, 在合适的基板上固定化大多可以解决这个问题。此外, 根据应用类型 (例如电催化), 有时有必要将 nps 固定在导电基板 2、3 上。Nps 还可以与半导体杂交, 形成肖特基屏障, 避免 (延迟) 电子孔重组 (充当电子陷阱)4,5。因此, 在大多数应用中, 贵金属 NPs (nnps) 要么沉积在导电 (如石墨烯) 或半导体 (例如, Tio2) 基板上.在这两种情况下, 金属阳离子通常在基板存在的情况下减少, 而还原技术因方法而异。
对于通过减少其阳离子而沉积的 NNPs, 应提供电子 (具有适当的电势)。这可以通过两种方式来实现: 通过氧化其他化学物种 (还原剂)6、7或从外部电源8。在任何情况下, 对于单分散的 Np 的均匀沉积, 有必要对 (减少) 电子的产生和转移实行严格的控制。当使用还原剂时, 这是非常困难的, 因为一旦反应物 (阳离子和还原剂) 混合在一起, 几乎无法控制还原过程。此外, NPs 可以在任何地方形成, 而不一定在目标基板上形成。当使用外部电源时, 对所提供的电子数量的控制要好得多, 但 NPs 只能沉积在电极表面。
光催化沉积 (PD) 是一种替代方法, 它可以更好地控制 (照片) 产生的电子的数量, 因为它与照明光子的剂量 (具有适当的波长) 直接相关。在这种方法中, 基板材料具有双重作用;它提供了还原电子9 并稳定了形成的 nps10。此外, 由于电子是由基板产生的, 因此 NPs 仅在基板上形成。复合材料组件之间的适当电气连接 (由光催化还原法制造) 也保证了 11。然而, 在传统的光催化沉积方法中, 整批反应物 (光触媒和金属阳离子) 同时被照亮, 对 NNPs 的成核没有控制。事实上, 一旦形成了一些粒子 (原子核), 它们就会成为光生电子5 的首选转移位点, 并作为首选的生长位点。这种优越的电子转移促进了现有粒子的生长, 并影响了新原子核的形成, 从而导致了大型 Nnp 的形成。这个问题可以通过我们第12组最近开发的一个特殊的连续流反应器 (图 1) 中的紫外光脉冲照明来解决。该反应器的独特之处在于, 它使研究人员能够控制 np 大小的决定因素, 即成核和生长。在这个反应器中, 很小一部分反应物被照亮很短的时间, 促进原子核的形成 (更多的原子核形成), 并限制生长 (较小的粒子被获得)。在这种方法中, 通过控制照明剂量 (即通过调整曝光时间 [改变反应管未覆盖部分的长度;图 1C] 或入射光的强度 [灯的数量]), 非常精确地控制光产生的电子的数量, 从而对还原过程 (nnp 沉积) 进行非常精确的控制。
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58883/58883fig1.jpg"> 图 1: 制备的光催化沉积反应器.(A) 反应堆。(B) 照明室内。(C) 5 厘米 x 1 厘米照明曝光长度的石英管。<a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58883/58883fig1large.jpg" target="_blank">请点击这里查看此图的较大版本.</a>
尽管 PD 方法在控制核不起的氮源沉积方面潜力巨大, 但其应用仅限于半导体材料。幸运的是, 石墨烯 (最导电的基板之一 13) 通过其简单的化学功能化, 有可能在石墨烯 (其中一种导电性最好的基板 13) 中打开宽带隙。之后, 这些功能基团 (Fg) 可以主要被删除, 所产生的石墨烯仍将具有足够的导电性, 适用于大多数应用。在石墨烯的众多功能化衍生物中, 具有相当大的半导体特性的氧化石墨烯 (go) 是这方面最有希望的候选产品。这主要是由于 go 的生产产量是其他方面最高的。然而, 由于 GO 由不同类型的 Fg 组成, 其化学成分在紫外线照射下不断变化。我们最近已经证明, 通过选择性去除弱粘结的 Fg (部分减少;PGO), 可以稳定 GO 的化学结构和电子特性, 这是 NNPs12均匀沉积的基本要求。在本报告中, 我们描述了反应堆的结构, 并为其复制和运行提供了详细信息。并对沉积机理 (反应器的工作机理) 和可能的优化策略进行了详细的讨论。为了验证所开发的 PD 反应器对两种类型的普通基板 (导体和半导体) 和不同的 Nnp 的适用性, 证明了铂在 PRGO 和tio2 上的沉积以及黄金在 tio2 上的沉积.值得注意的是, 通过适当选择金属、光触媒和前体材料 (如盐、孔清除剂) 和分散介质, 还可以沉积其他几种金属颗粒 (如 Ag 和 Pd15)。在原则中, 在 NNPs 的光沉积中, 金属的阳离子被光激发电子还原--半导体传导带最小值 (CBM) 的能级应与 (大于) 的还原电位相匹配。瞄准阳离子。由于广泛的技术生产方面, 对 PRGO 的综合也进行了详细的描述。有关 PRGO 的化学结构和电子特性的更多信息, 请参阅以前的工作12。
图 2示意图描述了反应器的详细结构。反应堆有两个主要组成部分: 紫外线照明和储集室。照明部分由石英管组成, 该石英管正好沿着具有抛光铝衬的圆柱形管的中心轴固定。储层由一个1升密封盖玻璃瓶组成, 其中包含气体和液体 (反应物) 入口和出口。使用带开顶螺帽的硅隔膜插入管。为了在反应过程中取样, 而不让氧气进入反应堆, 还安装了带有阀门的出口。这里应该提到的是, 特定时间间隔上的采样不是纳米复合材料生产过程的一部分, 只需进行一次采样就能获得每一组合成参数的浓度-时间曲线 (应用这些曲线将在讨论部分中讨论)。水库被放置在冰水浴内, 同时被大力混合在磁力搅拌器上。磁力泵将反应物从储集层循环到反应室 (照明部分) 并返回储层。因为高流速是必要的, 因为高流速是必要的 (流速 = 16l·min-1) 和蠕动泵 (或其他类似的泵) 几乎不可能提供这些流程。使用磁力泵时, 应注意将叶轮外壳 (泵外壳) 完全填充反应物液体, 并排出任何被困的空气 (氧气源)。被困的空气也会降低泵的实际流量。
对于光触媒材料的脉冲激发, 石英管的特定长度由厚铝箔覆盖, 在它们之间留下相等的长度 (图 2)。脉冲激发的持续时间可以通过改变未发现部件的长度 (曝光长度) 来调整。最佳暴露时间长度由各种参数确定, 如光触媒的量子产率和预期的 NP 载荷 (前体浓度; 见讨论)。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:1224px;" width="1225">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">Chloroplatinic acid solution</td>
			<td style="width:219px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:272px;">262587-50ML</td>
			<td style="width:303px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">Hydrogen tetrachloroaurate(III) hydrate</td>
			<td style="width:219px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:272px;">12325.03</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">TiO2 Nanopowder (TiO2, anatase, 99.9%, 100nm)</td>
			<td style="width:219px;">US research nanomaterials</td>
			<td style="width:272px;">US3411</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">Graphite powder</td>
			<td style="width:219px;">Alfa Aesar</td>
			<td style="width:272px;">10129</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">Sulfuric acid&#160;</td>
			<td style="width:219px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:272px;">1120802500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">Hydrogen peroxide</td>
			<td style="width:219px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:272px;">H1009-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">L-Ascorbic acid</td>
			<td style="width:219px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:272px;">A92902-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">Hydrochloric acid</td>
			<td style="width:219px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:272px;">320331-2.5L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">Sodium hydroxide</td>
			<td style="width:219px;">Sigma Aldrich</td>
			<td style="width:272px;">S5881-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">Potassium permanganate</td>
			<td style="width:219px;">Merck</td>
			<td style="width:272px;">1050821000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">Corning&#174;&#160;Silicone Septa for GL45 Screw Cap</td>
			<td style="width:219px;">Sigma Aldrich (Corning)</td>
			<td style="width:272px;">CLS139545SS</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">Polyvinyl chloride pipe</td>
			<td style="width:219px;">Koctas</td>
			<td style="width:272px;"></td>
			<td>UV-Reactor casing</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">Fuded silica (Quartz) tube</td>
			<td style="width:219px;">Technical Glass Products</td>
			<td style="width:272px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:431px;">UV&#8722;C lamps&#160;</td>
			<td style="width:219px;">Philips</td>
			<td style="width:272px;">TUV PL-L 55W/4P HF 1CT/25</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a continuous-flow photocatalytic reactor for the precisely controlled deposition of metallic nanoparticles

本文研制了一种用于光催化剂脉冲和控制激发以及金属纳米粒子精确沉积的新型光催化反应器。详细介绍了反应堆的复制及其运行准则。该反应器制备了三种不同的单分散均匀分布颗粒复合体系 (pt/图酮、Pt/tio2 和 au/tio2), 并建立了光沉积机理和合成优化策略,讨论。全面介绍了合成方法及其技术方面。研究了紫外 (UV) 剂量 (在每个激发脉冲中) 对光沉积过程的作用, 给出了每个复合体系的最佳值。

XPS 是确认金属 NPs 形成和研究其化学状态的最强大的技术之一。为此, 记录了测量光谱和高分辨率光谱 (Pt4f和 au4f), 这证实了金属阳片的完全减少和 nnps 的成功沉积 (图 3)。对于 Pt4f 和au4f的反卷积, 最初进行了 shirley 背景减法。然后, 利用 XPSPEAK 4.1 软件, 用非线性最小二乘曲线将核心电平谱分解为混合高斯 (70% 高斯和30%...

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A Continuous-flow Photocatalytic Reactor for the Precisely Controlled Deposition of Metallic Nanoparticles

为了实现无孔和可扩展的纳米复合材料的合成, 研制了一种新型光催化反应器, 并介绍了其结构、工作原理和产品质量优化策略。

一种用于金属纳米粒子精确控制沉积的连续流动光催化反应器

In this work, a novel photocatalytic reactor for the pulsed and controlled excitation of the photocatalyst and the precise deposition of metallic ...

具有导体或半导体材料的贵金属复合材料具有从医疗技术到能量转换系统的广泛应用，但传统的合成方法不适合商业化生产。例如，微波还原是一项强大的技术，但它每批只能处理几毫升，而石墨烯/铂基燃料电池的商业生产需要在几分钟内处理几升悬浮液。为了解决这个问题，我们开发了一个光催化沉积反应器，它易于升级，可以连续运行。在我们的光沉积系统中，反应物的一小部分在短的可调时间段内被照亮。这使我们能够有效地控制成核和生长过程，即使扩大反应器。首先，用厚、抛光、粘合的铝箔覆盖 15 厘米/55 厘米聚氯乙烯管的内表面。在管道内部均匀地铺设五、55 瓦的 UV-C 灯。然后，用胶粘铝箔包裹一个0.5厘米的55厘米的石英管，形成几个同样宽的窗户，均匀地在管中间。让 2.5 厘米的管子暴露在每一端。将石英管安装在 PVC 管的中心以形成照明室，并连接不透明塑料管到两端。然后，将管道垂直安装在烟气罩中，并在下端安装一个重型风扇进行冷却，接下来，在凸起的平台上安装一个磁驱动泵，泵的底部位于磁搅拌板顶部上方。夹紧一升分离漏斗，略高于泵。使用 T 形贴合和不透明塑料管将分离漏斗出口连接到石英管和磁泵入口的顶部。然后，将管道从石英管底部和泵出口插入一升瓶的隔膜，该瓶装有搅拌棒，使管子的末端比搅拌棒高出两到三厘米。这个瓶子将是储液罐。接下来，将 T 形接头连接到采样和疏散阀以及一段不透明塑料管的长度。将油管插入储液罐，并将采样阀连接到注射器接头。最后，将一条从储气罐到气泡器的排气管运行。要开始合成，在装有大型磁搅拌棒的 500 毫升 Erlenmeyer 烧瓶中加入两克石墨和 100 毫升 98% 的重量硫酸。在冰水浴中将混合物冷却至零摄氏度左右，同时搅拌。然后，在搅拌过程中添加一克高锰酸钾，在一分钟内加入。让混合物继续搅拌四分钟。重复此过程五次，在 30 分钟内总共添加 6 克。加入完成后，取出浴缸，继续搅拌混合物六小时。然后，在冰水浴中冷却混合物，搅拌15分钟。将250毫升蒸馏水滴入搅拌混合物中。取出冰水浴，在搅拌混合物中滴入10毫升过氧化氢。然后，一次加入20毫升过氧化氢，并在室温下继续搅拌30分钟。将由此产生的悬浮液在 3，500 g 下离心 15 分钟，然后丢弃上一液。在一升蒸馏水中搅拌固体30分钟，再次离心，取出上一提液，并检查其pH值。用这种方式清洗固体，直到上当pH值达到5。然后，将洗涤沉淀物与500毫升的一摩尔盐酸混合，搅拌一小时。清洗产品，直到上一液 pH 达到 5。将洗涤的固体分散在一升蒸馏水中，并在大约室温下对混合物进行三个小时的声波化。在室温下三次将产生的氧化石墨烯混合物在3，500克下离心15至20分钟，每次丢弃沉淀物。将氧化石墨烯悬浮液转移到有色或铝箔包裹的玻璃瓶中。接下来，在分析平衡上称三个干结晶盘三次。摇动氧化石墨烯悬浮液，让它沉淀一分钟。然后，将正好100毫升的悬浮液倒入每道菜中。将盘子放在70至80摄氏度的烤箱中，直到里面的东西完全干燥。然后，在相同的分析平衡下称量每道菜三次，并计算每道菜中氧化石墨烯的干重。确定悬浮液与这些值平均值的浓度。然后，将悬浮液稀释至每升0.2克，然后慢慢将其添加到四摩尔氢氧化钠的等量中。在90摄氏度下将混合物回流8小时，并冷却至室温。将部分还原的氧化石墨烯沉淀，直到上流液达到pH7至8，然后将其存放在有色或铝箔包裹的瓶子中。在蒸馏水中准备540毫升每毫升50毫克悬浮液，部分还原氧化石墨烯，并在冰水浴中以40%的功率进行一小时。然后，加入60毫升的分析级乙醇，并在冰水浴中对混合物进行声波化一小时。接下来，在石墨烯混合物中加入169微升8%的8%，并在室温下继续搅拌15分钟。然后，将混合物倒入反应器的分离漏斗中并塞入。打开止反应物，将反应物馈入系统，当漏斗为空时立即关闭，防止气泡从油管中释放。以每分钟 16 升的速度运行泵，以产生稳定气泡的速度将氮气流过反应器。以约 1，000 rpm 的转速搅拌悬浮液 30 分钟，以去除溶解氧。然后，减少氮气流动，并打开紫外线灯。五分钟后，增加氮气流量，将 20 毫升 Luer-Lok 注射器连接到样品管路。轻轻握住注射器柱塞，防止其弹出，并打开采样阀。收集 20 毫升悬架，关闭采样阀，然后分离注射器。打开管式排空阀以冲洗油管，然后关闭阀，将氮气流量降低至以前的水平。将样品在10，000克离心10分钟，并留出上一液进行金属阳离子浓度分析。在蒸馏水中搅拌20毫升，并在相同条件下离心，将固体洗涤两次。之后，通过温和的声波将固体分散在50毫升蒸馏水中一小时。在分散中溶解一毫克抗坏血酸，并在90摄氏度下搅拌混合物一小时。如上文所述，收集并清洗沉淀物，并储存洗涤沉淀物，以进一步表征。X射线光电子光谱学证实，铂金和金纳米粒子成功地沉积在减少氧化石墨烯和二氧化钛上。高分辨率铂金4f和黄金4f峰值的去卷积显示没有非金属成分，表明铂金4和金3 c.分别降至铂零和黄金零。每次曝光的照明剂量（IDE）针对每种复合材料进行了优化，以实现小型贵金属纳米粒子在基材上相对均匀的分布。当 IDE 过高时，生长粒子周围的耗竭会不喜欢附近核的形成，从而产生大颗粒和宽大的分布。通过改变紫外灯的数量和反应器的曝光面积来调整 IDE。当 IDE 过低时，由于光兴奋电子不足以形成稳定的原子核，光沉积不成功，如这里所见。将窗户加宽至两厘米，可产生铂金/石墨烯复合材料所需的光沉积行为。暴露整个反应器管可提高光沉积率，而不会显著降低颗粒大小和单分散度。通过绘制各种条件下的浓度时间曲线来控制沉积过程，以确定最佳的反应堆设计和 IDE。在线性浓度时间区域中进行光沉积允许在已知循环时间后连续收集产品。虽然我们演示了铂金/石墨烯复合材料的合成，但这种方法和反应器也可用于在各种半导体上沉积其他贵金属。这种连续流反应器也可用于其他化学合成方法，其中反应由光启动。

Research

JoVE Journal

Chemistry

Real-time Monitoring of Reactions Performed Using Continuous-flow Processing: The Preparation of 3-Acetylcoumarin as an Example

反应执行使用连续流处理的实时监控：3  - 乙酰基香豆素的制备为例

By using inline monitoring, it is possible to optimize reactions performed using continuous-flow processing in a simple and rapid way. It is also possible ...

科研

化学

Chemical Vapor Deposition of an Organic Magnet, Vanadium Tetracyanoethylene

化学气相沉积的有机磁体，钒四氰

Recent progress in the field of organic materials has yielded devices such as organic light emitting diodes (OLEDs) which have advantages not found in ...

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