Name: a continuous-flow photocatalytic reactor for the precisely controlled deposition of metallic nanoparticles
Uploaded: 2019-04-10T12:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Continuous-flow Photocatalytic Reactor for the Precisely Controlled Deposition of Metallic Nanoparticles at JoVE.com

Forfatterne vil gerne takke Sabanci Universitet og schweiziske føderale laboratorier for Materials Science og Technology (Empa) for alle støtte.

1. fremstilling og drift af fotokatalytiske deposition reaktor
Forsigtig: Når UV-lamper er aktiveret, brug UV-C beskyttende briller.
<ol><li>
Fabrikation af fotokatalytiske deposition reaktor
	<ol>
<li>Dækker den indvendige overflade af polyvinylchlorid (PVC) pibe (diameter x længde = 15 cm x 55 cm; andre materialer kan også bruges) med en tyk, poleret og selvklæbende-backed aluminiumsfolie. Installer fem 55 W UV-C lamper (Se Tabel af materialer) på in...

<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>

Nanopartikler er den mest udbredte form for noble-metal-baserede katalysatorer. I næsten alle tilfælde er NNPs deponeres enten på et konduktivt eller et semiconductive støttemateriale. Denne hybridisering er for det meste udført ved reduktion af kationer af ædelmetal i nærværelse af den påtænkte substrat (materiale). Derfor, en vellykket syntese metode til fremstilling af Kirstens-baserede nanocomposite bør opfylde mindst to primære krav: 1) reduktion af kationer bør være effektive og komplette; 2) depositi...

Metallisk nanopartikler, især ædle metaller (f.eks., Pt, Au, Pd) har store anvendelsesmuligheder i katalyse1. Generelt faldende størrelsen af nanopartikler (NPs) øger deres katalytiske aktivitet samtidig opretholde konstanten omkostninger (vægt), men det gør også deres anvendelse mere vanskeligt. NPs (normalt mindre end 10 nm) har store tendenser til sammenlægning, som nedbryder deres katalytiske aktivitet; immobilisering på egnede substrater kan dog for det meste løse problemet. Desuden, afhængigt af programtype (f.eks. electrocatalysis), det er sommetider nødvendigt at immobilisere NPs på ledende substrater2,3. NPs kan også være hybridiseret med halvledere til at danne en Schottky barriere og undgå (forsinkelse) elektron-hullers rekombination (fungerer som elektron fælder)4,5. Derfor, i de fleste programmer, ædelmetal NPs (NNPs) er deponeret enten på en ledende (fx graphene) eller en semiconductive (fx TiO2) substrat. I begge tilfælde metal kationer reduceres normalt i tilstedeværelse af substratet og reduktion teknik adskiller sig fra en metode til en anden.
For deposition af NNPs via en reduktion af deres kationer, kan der ydes elektroner (med ordentlig elektriske potentiale). Det kan gøres på to måder: ved oxidation af andre kemiske arter (reduktionsmiddel)6,7 eller fra en ekstern strømforsyning kilde8. Under alle omstændigheder for homogene aflejring af monodispersed NPs er det nødvendigt at indføre en streng kontrol generation og overførsel af de (reducere) elektroner. Dette er meget vanskeligt, når en reduktionsmiddel bruges da der næsten ingen kontrol over reduktion processen når reaktanter (kationer og reduktionsmiddel) er blandet. Derudover NPs kan danne overalt og ikke nødvendigvis på target substrat. Når du bruger en ekstern strømkilde, kontrol over antallet af de angivne elektroner er meget bedre, men NPs kan kun blive deponeret på en elektrode overflade.
Fotokatalytiske deposition (PD) er en alternativ tilgang, der giver mere kontrol over antallet af (foto) genereret elektroner, da det er direkte relateret til dosis af de belyste fotoner (med en ordentlig bølgelængde). I denne metode har underlag materiale en dobbelt rolle; Det giver den reducerende elektroner9 og stabiliserer den dannede NPs10. Derudover NPs form kun på substrat siden elektronerne er genereret af underlaget. En ordentlig elektriske forbindelse mellem sammensatte komponenter (fremstillet af fotokatalytiske reduktion metode) er også garanteret11. Ikke desto mindre, i konventionelle fotokatalytiske deposition metoder, hvor hele partiet af reaktanter (photocatalyst og metal kation) lyser samtidigt, der er ingen kontrol over Nukleering af NNPs. Faktisk, når et par partikler (kerner) er dannet, de fungerer som foretrukne overførsel websteder for photogenerated elektroner5 og fungere som en foretrukne vækst site. Denne overlegne elektron overførsel fremmer væksten af de eksisterende partikler og disfavors dannelsen af nye kerner, hvilket resulterer i dannelsen af store NNPs. Dette problem kan løses ved den pulserende belysning af UV lys i en særlig kontinuerlig flow reaktor (figur 1), der er for nylig blevet udviklet af vores gruppe12. Den enestående indslag i denne reaktor er, at det giver forskerne til at styre både NP-størrelse-bestemmende faktorer, nemlig, Nukleering og vækst. I reaktoren, er en meget lille del af reaktanter belyst i en meget kort periode, fremme dannelsen af cellekerner (flere kerner er dannet) og begrænser væksten (mindre partikler er nået). I denne metode, ved at kontrollere belysning dosis (dvs., ved at justere eksponering varigheden [ændre længden af afdækket dele af reaktion røret; Figur 1 C] eller intensiteten af det indfaldende lys [antal lamper]), kan udøve en meget præcis kontrol over antallet af photogenerated elektroner og følgelig på reduktion proces (Birgits deposition).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58883/58883fig1.jpg"> Figur 1 : Den opdigtede fotokatalytiske deposition reaktor. (A) af reaktoren. (B) inde i belysning afdeling. (C) en kvarts rør med 5 cm x 1 cm belysning eksponering længde. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58883/58883fig1large.jpg" target="_blank">Venligst klik her for at se en større version af dette tal.</a>
Trods det store potentiale af metoden PD for kontrolleret aflejring af NNPs er dets anvendelse begrænset til halvledende materialer. Heldigvis er det muligt at åbne en bred band gap i graphene (en af de bedst gennemføre substrater13) ved sin enkle kemiske functionalization. Bagefter, disse funktionelle grupper (FGs) kan fjernes det meste og den resulterende graphene vil stadig være ledende nok for de fleste programmer. Blandt talrige functionalized derivater af graphene er graphene oxid (GO), som udviser betydelige halvledende egenskaber14, den mest lovende kandidat til dette formål. Dette skyldes primært, at Gos produktion er den højeste produktion udbytte blandt de andre. Ikke desto mindre, da GO består af forskellige typer af FGs, dets kemiske sammensætning varierer kontinuerligt under UV belysning. Vi har for nylig vist, at ved en selektiv fjernelse af svagt agglomererede FGs (delvis reduktion; PRGO), kemiske struktur og elektroniske egenskaber af GO kan være stabiliseret, hvilket er en afgørende forudsætning for homogene depositionerne af NNPs12. I denne betænkning, vi beskrive strukturen af reaktoren og give detaljerede oplysninger for dens replikering og drift. Deposition mekanisme (arbejder mekanisme af reaktoren) og mulige optimeringsstrategier er også diskuteret i stor detalje. Hen til efterprøve anvendelighed af den udviklede PD reaktoren for begge typer af fælles substrater (dirigent og semiconductor) og forskellige NNPs, depositionen for platin på PRGO og TiO2, samt af guld på TiO2, demonstreres. Det er bemærkelsesværdigt, at ved en korrekt udvælgelse af metal, photocatalyst og forløber materialer (fx salt, hul skyllevæske) og dispersion medier, flere andre metalliske partikler (såsom Ag og Pd-15) kan også blive deponeret. I princippet-da i photodeposition af NNPs kationer af metal er reduceret med photoexcited elektroner-den energi niveau af semiconductor's overledning band minimum (CBM) skal matche med (være mere negativ end) reduktionspotentiale af den rettet kationer. På grund af de omfattende tekniske produktion aspekter, er syntesen af PRGO også beskrevet i detaljer. For yderligere oplysninger om den kemiske struktur og elektroniske egenskaber af PRGO, henvises til tidligere arbejde12.
Den detaljerede struktur af reaktoren er skematisk afbildet i figur 2. Reaktoren har to hovedkomponenter: en UV belysning og et reservoir rum. Afsnittet belysning består af en kvarts rør, som er præcis fast langs den centrale akse af et cylindrisk rør med en poleret aluminium liner. Reservoiret består af en 1 L forseglet-cap glasflaske med gas og væske (reaktanter) indgange og udgange. Brug en silicium septum med en open-top skruelåg til indsættelse af rørene. For at tage prøver under reaktionen uden at lade ilt ind i reaktoren, er en stikkontakt med en ventil også installeret. Det skal nævnes her, at prøveudtagninger på bestemte tidsintervaller er ikke en del af produktionsprocessen nanocomposite, og prøveudtagning kun skal gøres én gang for at opnå de koncentration-tid kurver for hvert sæt af syntese parametre (anvendelse af disse kurver skal drøftes i afsnittet diskussion). Reservoiret er placeret inde i en is-vand bad mens blandes energisk på en magnetomrører. En magnetisk pumpe cirkulerer reaktant fra reservoiret reaktionskammeret (belysning afsnit) og tilbage i reservoiret. En magnetisk bruges en da høj strømningshastigheder er nødvendige (flow i dette arbejde = 16 L·min-1) og peristaltiske pumper (eller andre lignende pumper) kan næppe give disse strømme. Når du bruger en magnetisk pumpe, bør pleje tages helt fylde løbehjulet casing (pumpehuset) med reaktant væske og evakuere alle fanget luft (ilt kilde). Den fanget luft kan også mindske pumpens virkelige strømningshastighed.
For en pulserende excitation af photocatalyst materiale, specifikke længder af kvarts-røret er dækket af en tyk aluminiumsfolie, forlader lige længder mellem dem afdækket (figur 2). Varigheden af den pulserende excitation kan reguleres ved at ændre længden af de udækkede dele (eksponering længde). Optimal eksponering længde bestemmes af forskellige parametre, såsom quantum-udbyttet af photocatalyst og den tilsigtede NP påfyldning (koncentration af prækursorer; Se diskussion).

<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

I dette arbejde, er en roman fotokatalytiske reaktoren til den pulserende og kontrolleret excitation af photocatalyst og den præcise aflejring af metallisk nanopartikler udviklet. Retningslinjer for replikering af reaktoren og dens drift er fastsat i detaljer. Tre forskellige sammensatte systemer (Pt/graphene, Pt/TiO2og Au/TiO2) med monodisperse og ensartet fordelt partikler er produceret af denne reaktor, samt photodeposition mekanisme og syntese webstedsoptimering strategi, der diskuteres. Syntese metoder og deres tekniske aspekter er beskrevet udførligt. Rollen som ultraviolet (UV) dosis (i hver excitation puls) på photodeposition processen er undersøgt og de optimale værdier for hver sammensatte system leveres.

XPS er en af de mest kraftfulde teknikker for at bekræfte dannelsen af metallisk NPs og studere deres kemiske stater. Til dette formål, blev både undersøgelse spectra og høj opløsning spektre (af Pt4f og Au4f) optaget, som bekræfter den fuldstændige reduktion af metallisk kationer og vellykket aflejring af NNPs (figur 3). For deconvolution både Pt4f og Au4f, i første omgang blev en Shirley baggrund subtrak...

Watch this Scientific Journal Video about A Continuous-flow Photocatalytic Reactor for the Precisely Controlled Deposition of Metallic Nanoparticles at JoVE.com

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

For en kontinuerlig og skalerbar syntese af noble-metal-baseret nanocomposites, en roman fotokatalytiske reaktor er udviklet og dens struktur, operation principper og produkt kvalitet optimeringsstrategier er beskrevet.

En kontinuerlig flow fotokatalytiske reaktor for netop kontrollerede aflejring af metallisk nanopartikler

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

Kompositter af ædle metaller med ledere eller halvledermaterialer har store anvendelser lige fra medicinsk teknologi til energiomdannelsessystemer, men deres konventionelle syntesemetoder er ikke egnede til kommerciel produktion. For eksempel, mikrobølgeovn reduktion er en kraftfuld teknik, men det kan kun behandle et par milliliter i hvert parti, mens kommerciel produktion af grafen / platin-baserede brændselsceller skulle behandle flere liter suspension på få minutter. For at løse dette problem har vi udviklet en fotokatalytisk depositionsreaktor, der er let at opskrænke og kan fungere kontinuerligt.I vores fotodepositionssystem lyser små dele af reaktanterne i korte, justerbare perioder. Dette giver os mulighed for effektivt at styre nukleation og vækst processer, selv når opskalering af reaktoren. Til at begynde, dække den indvendige overflade af en 15-centimeter-by-55-centimeter polyvinylchlorid rør med tyk, poleret, selvklæbende-backed aluminiumsfolie.Plads fem, 55-watt UV-C lamper jævnt rundt om indersiden af røret. Derefter wrap en 0,5-centimeter-by-55-centimeter kvarts rør med stykker af selvklæbende-backed aluminiumsfolie til at danne flere lige brede vinduer fordelt jævnt i midten af røret. Lad 2,5 centimeter af røret eksponeres i hver ende.Monter kvartsrøret i midten af PVC-røret for at danne belysningskammeret, og tilslut uigennemsigtige plastrør til hver ende. Derefter montere røret lodret i en røghætte, og fastsætte en kraftig ventilator i den nederste ende til køling, Næste, oprette en magnetisk drevpumpe på en hævet platform med bunden af pumpen over toppen af en magnetisk røre plade. Klem en en-liters separatory tragt lige højere end pumpen.Brug en T-fitting og uigennemsigtig plastrør til at forbinde separatory tragt udløb til toppen af kvartsrør og den magnetiske pumpe indløb. Derefter indsætte slangen fra bunden af kvarts rør og pumpen stikkontakten gennem septum af en en-liters flaske udstyret med en røre bar, således at enderne af slangen er to til tre centimeter over røre bar. Denne flaske vil være reservoiret.Tilslut derefter en T-fitting til prøvetagnings- og evakueringsventilerne og en længde af uigennemsigtige plastslanger. Sæt slangen i beholderen, og tilslut prøvetagningsventilen til en sprøjtemontering. Endelig køre en gas udstødningsledning fra reservoiret til en vandbobler.For at begynde syntesen, tilsættes to gram grafit og 100 milliliter 98% efter vægt svovlsyre til en 500-milliliter Erlenmeyer kolbe udstyret med en stor magnetisk røre bar. Cool blandingen til omkring nul grader Celsius i et isvandbad under omrøring. Derefter tilsættes et gram kaliumpermanganat i løbet af et minut under omrøring.Lad blandingen fortsætte omrøring i yderligere fire minutter. Gentag denne proces fem gange mere for at tilføje i alt seks gram i løbet af 30 minutter. Når tilsætningen er færdig, skal du fjerne badet, og fortsætte omrøring blandingen i seks timer.Derefter afkøles blandingen i et isvandbad under omrøring i 15 minutter. Der tilsættes 250 milliliter destilleret vand på samme måde til omrøringsblandingen. Fjern isvandbadet, og tilsæt 10 milliliter hydrogenperoxid dråbevis til omrøring blandingen.Derefter tilsættes 20 milliliter hydrogenperoxid på én gang, og fortsætte omrøring ved stuetemperatur i 30 minutter. Centrifuge den resulterende suspension på 3, 500 g i 15 minutter, og kassér supernatant. Rør faste stoffer i en liter destilleret vand i 30 minutter, centrifugere dem igen, fjerne supernatant, og kontrollere dens pH.Vask faste stofferne på denne måde, indtil supernatant-pH når fem. Derefter kombineres det vaskede bundfald med 500 milliliter en molar saltsyre, og rør i en time. Produktet vaskes, indtil supernatant-pH når fem.Disperger de vaskede faste stoffer i en liter destilleret vand, og sonikere blandingen i tre timer ved omkring stuetemperatur. Den resulterende grafenoxidblanding centrerer i 15 til 20 minutter ved 3,500 g ved stuetemperatur tre gange, hvor bundfaldet kasseres hver gang. Overfør grafenoxid suspensionen til en tonet eller folie-indpakket glasflaske.Dernæst vejer tre tørre krystallisering retter på en analytisk balance tre gange hver. Ryst grafenoxid suspension godt, og lad det nøjes med et minut. Hæld derefter præcis 100 milliliter af suspensionen i hver skål.Opbevar opvasken i en ovn ved 70 til 80 grader Celsius, indtil deres indhold er helt tørt. Derefter vejes hver skål tre gange på samme analytiske balance, og beregne tørvægt af grafenoxid i hver skål. Suspensionens koncentration bestemmes ud fra gennemsnittet af disse værdier.Derefter fortyndes suspensionen til 0,2 gram per liter, og langsomt tilføje det til et tilsvarende volumen af fire-molar natriumhydroxid. Refluks blandingen ved 90 grader Celsius i otte timer, og lad det køle af til stuetemperatur. Den delvist reducerede grafenoxid bundfald vaskes, indtil supernatanten når pH-7 til otte, og opbevar den derefter i en tonet eller folieindpakket flaske.Forbered 540 milliliter af en 50-milligram-per-milliliter suspension af delvist reduceret grafenoxid i destilleret vand, og sonikere det i et isvandbad i en time ved 40% magt. Derefter tilsættes 60 milliliter analytisk ethanol, og sonikere blandingen i et isvandbad i endnu en time. Dernæst tilsættes 169 mikroliter på 8% efter vægt vandig hexachloroplatininsyre til grafen blandingen, og fortsætte omrøring ved stuetemperatur i 15 minutter.Hæld derefter blandingen i separatory tragt af reaktoren og lad den. Åbn stophanen for at føre reaktanten ind i systemet, og luk den straks, når tragten er tom for at holde gasboblerne ude af slangen. Kør pumpen på 16 liter i minuttet, og flow kvælstof gas gennem reaktoren med en hastighed, der producerer en lind strøm af bobler.Rør suspensionen på omkring 1,000 rpm i 30 minutter for at fjerne opløst ilt. Derefter reducere kvælstof flow, og tænde UV-lamper. Efter fem minutter øges nitrogenstrømmen, og en 20-milliliter Luer-Lok sprøjte forbindes med prøvelinjen.Hold sprøjtestempren let for at forhindre, at det skubbes ud, og åbn prøvetagningsventilen. Opsaml 20 milliliter af suspensionen, luk prøvetagningsventilen, og afkol sprøjten. Åbn rørevakueringsventilen for at skylle slangen, og luk derefter ventilen og reducer nitrogengasstrømmen til det tidligere niveau.Centrifuge prøven ved 10.000 g i 10 minutter og der udtages supernatanten til analyse af metalkationkoncentrationen. Faste stofferne vaskes to gange under omrøring i 20 milliliter portioner destilleret vand og centrifugering under samme betingelser. Derefter spredes faste stofferne i 50 milliliter destilleret vand ved skånsom sonikering i en time.Opløs et milligram ascorbinsyre i spredningen, og rør blandingen ved 90 grader Celsius i en time. Opsaml og vask bundfaldet som tidligere beskrevet, og opbevar det vaskede bundfald for yderligere karakterisering. Røntgenfotoelektroskopi bekræftede, at platin og guld nanopartikler med succes blev deponeret på reduceret grafenoxid og titandioxid.Deconvolution af høj opløsning platin 4f og guld 4f toppe viste ingen ikke-metalliske komponenter, hvilket indikerer, at platin fire og guld tre kationer var blevet reduceret til platin nul og guld nul, henholdsvis. Belysningsdosis pr. eksponering, eller IDE, blev optimeret til hver komposit for at opnå en relativt ensartet fordeling af små ædle metal nanopartikler over substraterne. Når IDE var for høj, udtynding omkring voksende partikler disfavored dannelsen af kerner i nærheden, hvilket resulterer i store partikler og bred størrelse distributioner.IDE'en blev justeret ved at ændre antallet af UV-lamper og reaktorens eksponeringsområde. Når IDE var for lav, fotodeposition mislykkedes, på grund af utilstrækkelig fotoexcited elektroner til stabil kerne dannelse, som det ses her. Udvidelse af vinduerne til to centimeter produceret den ønskede fotodeposition adfærd for platin / graphene komposit.Udsætter hele reaktorrøret øget fotodeposition sats uden væsentligt at kompromittere partikelstørrelse og monodispersitet. Aflejringsprocessen styres ved at afbilde koncentrationstidskurver under forskellige forhold for at identificere det optimale reaktordesign og IDE. Udførelse af fotodeposition i det lineære koncentrationstidsområde giver mulighed for kontinuerlig indsamling af produktet efter et kendt cirkulationstidsløb.Selv om vi demonstrerer syntesen af platin / grafen kompositter, denne metode og reaktor kan bruges til aflejring af andre ædle metaller på forskellige halvledere også. Denne kontinuerlige reaktor kan også anvendes til andre kemiske syntesemetoder, hvor reaktionerne indledes med lys.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Real-time overvågning af reaktioner udført Brug af kontinuerlig flow Behandler: fremstilling af 3-acetylcoumarin som et eksempel

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 ...

Chemical Vapor Deposition of an Organic Magnet, Vanadium Tetracyanoethylene

Kemisk Vapor Deposition af en organisk Magnet, Vanadium tetracyanoethylen

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

A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions

En simpel metode til størrelse Kontrolleret Syntese af stabile Oligomere Klynger af guld nanopartikler under omgivende betingelser

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like ...

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

Fotokemiske oxidative Vækst af Iridium Oxide Nanopartikler på CdSe @ CdS nanorods

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

A Protocol for the Production of Gliadin-cyanoacrylate Nanoparticles for Hydrophilic Coating

En protokol for Produktion af Gliadin-cyanoacrylat Nanopartikler for hydrofile belægning

This article presents a protocol for the production of protein-based nanoparticles that changes the hydrophobic surface to hydrophilic by a simple spray ...

Microfluidic Pneumatic Cages: A Novel Approach for In-chip Crystal Trapping, Manipulation and Controlled Chemical Treatment

Mikrofluide Pneumatiske Bure: en ny tilgang til In-chip Crystal fældefangst, Manipulation og kontrollerede kemiske behandling

The precise localization and controlled chemical treatment of structures on a surface are significant challenges for common laboratory technologies. ...

Epitaxial Growth of Perovskite Strontium Titanate on Germanium via Atomic Layer Deposition

Epitaksial dyrkning af Perovskite strontiumtitanat på Germanium via Atomic Layer Deposition

Atomic layer deposition (ALD) is a commercially utilized deposition method for electronic materials. ALD growth of thin films offers thickness control and ...

The Effect of Interfacial Chemical Bonding in TiO2-SiO2 Composites on Their Photocatalytic NOx Abatement Performance

The Effect of Interfacial Chemical Bonding in TiO2-SiO2 Composites on Their Photocatalytic NOx Abatement Performance

Virkningen af ​​grænseoverskridende kemisk binding i TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; Kompositter på deres fotokatalytiske NOx-abatementpræstation

The chemical bonding of particulate photocatalysts to supporting material surfaces is of great importance in engineering more efficient and practical ...

Continuous Flow Chemistry: Reaction of Diphenyldiazomethane with p-Nitrobenzoic Acid

Continuous Flow Chemistry: Reaction of Diphenyldiazomethane with p-Nitrobenzoic Acid

Kontinuert Flow kemi: Reaktion af Diphenyldiazomethane med p- Nitrobenzoic syre

Continuous flow technology has been identified as instrumental for its environmental and economic advantages leveraging superior mixing, heat transfer and ...

Deposition of Porous Sorbents on Fabric Supports

Deposition af porøse Sorbents på stof understøtter

A microwave deposition technique for silanes, previously described for production of oleophobic fabrics, is adapted to provide a fabric support material ...