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

De auteurs bedank Sabanci Universiteit en Zwitserse federale laboratoria voor materiaalkunde en technologie (Empa) voor alle steun geboden.

1. fabricage en werking van de fotokatalytische afzetting reactor
Let op: Wanneer UV-lampen zijn ingeschakeld, gebruiken UV-C beschermende bril.
<ol><li>
Fabricage van de fotokatalytische afzetting reactor
	<ol>
<li>Dekking van de binnenzijde van een PVC (polyvinylchloride) pijp (diameter x lengte = 15 cm x 55 cm, andere materialen kunnen ook worden gebruikt) met een dikke, gepolijst en lijm-backed aluminiumfolie. Install vijf 55 W UV-C lampen (Zie Tabel van material...

<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>

Nanodeeltjes worden de meest gebruikte vorm van edel metaal gebaseerde katalysator. In bijna alle gevallen, worden NNPs gestort op een geleidende of een semiconductive dragermateriaal. Deze kruising wordt meestal gedaan door de vermindering van de caties van het edele metaal in aanwezigheid van de beoogde substraat (materiaal). Vandaar, een succesvolle synthese-methode voor de productie van NNP gebaseerde nanocomposietmaterialen ten minste twee van de belangrijkste eisen moet voldoen: 1) de vermindering van de kationen m...

Metalen nanodeeltjes, vooral edele metalen (bv Pt, Au, Pd) hebben enorme toepassingen in katalyse1. In het algemeen, het verkleinen van de nanodeeltjes (NPs) verhoogt hun katalytische activiteit met behoud van de constante kosten (gewicht), maar het maakt ook de toepassing ervan moeilijker. NPs (meestal kleiner dan 10 nm) hebben grote neigingen aan aggregatie, die hun katalytische activiteit degradeert; immobilisatie op geschikte substraten kan echter meestal oplossen van dit probleem. Bovendien, afhankelijk van het toepassingstype (bijvoorbeeld electrocatalysis) is het soms nodig om te immobiliseren van de NPs op geleidende substraten2,3. NPs kunnen ook worden gekruist met halfgeleiders (vertraging) de elektron holes recombinatie (fungeert als elektron vallen)4,5te een Schottky barrière vormen. Vandaar, in de meeste van de toepassingen, de edele metaal NPs (NNPs) zijn gedeponeerd op een geleidende (bijvoorbeeld grafeen) of een semiconductive (bijvoorbeeld TiO2) substraat. In beide gevallen, metalen caties worden meestal verlaagd in aanwezigheid van het substraat, en de vermindering van de techniek verschilt van de ene methode naar de andere.
Voor de afzetting van NNPs via een vermindering van hun kationen, moeten elektronen (met goede elektrische potentieel) worden verstrekt. Dat kan op twee manieren gebeuren: door de oxidatie van andere chemische soorten (een reducerende agent)6,7 , of van een externe voeding bron8. In ieder geval voor de homogene afzetting van monodispersed NPs moet het opleggen van een strikte controle op de generatie en de overdracht van de (vermindering) elektronen. Dit is zeer moeilijk, wanneer een reducerende agent wordt gebruikt omdat er vrijwel geen controle over het proces van vermindering is zodra de reactanten (kationen en reducerende agent) worden gemengd. Bovendien, NPs overal kunnen vormen en niet noodzakelijkerwijs op het substraat van doel. Bij het gebruik van een externe energiebron, de controle op het aantal verstrekte elektronen is veel beter, maar NPs kunnen alleen worden gestort op het oppervlak van een elektrode.
Fotokatalytische afzetting (PD) is een alternatieve benadering, biedt meer controle over het nummer van de (foto) elektronen gegenereerd omdat deze gerelateerd is aan de dosis van de verlichte fotonen (met een juiste golflengte). Bij deze methode wordt heeft het basismateriaal een dubbele rol; Het biedt de vermindering elektronen9 en stabiliseert de gevormde NPs-10. Bovendien, NPs formulier alleen op het substraat sinds de elektronen worden gegenereerd door het substraat. Een goede elektrische verbinding tussen samengestelde componenten (gemaakt door de fotokatalytische reductie methode) is ook gegarandeerd11. In conventionele fotokatalytische afzetting methoden waarin de hele batch van de reactanten (photocatalyst en metaal CATIE) gelijktijdig brandt, is er echter geen controle over de nucleatie van de NNPs. Inderdaad, zodra een paar deeltjes (kernen) worden gevormd, zij handelen als voorkeur overdracht sites voor de photogenerated elektronen5 en fungeren als een voorkeur groei-site. Deze superieure elektron overdracht bevordert de groei van de bestaande deeltjes en de vorming van nieuwe kernen, wat in de vorming van grote NNPs resulteert disfavors. Dit probleem kan worden aangepakt door de pulserende verlichting van UV-licht in een speciale continue-stroom reactor (Figuur 1) die onlangs is ontwikkeld door onze fractie12. De unieke eigenschap van deze reactor is dat het mogelijk maakt onderzoekers waarmee beide NP-grootte-bepalen van factoren, namelijk, nucleatie en groei. In deze reactor, een heel klein deel van de reactanten brandt voor een zeer korte periode van tijd, bevordering van de vorming van kernen (meer kernen worden gevormd) en beperking van de groei (kleinere deeltjes worden bereikt). Bij deze methode wordt door het beheersen van de verlichting-dosis (dat wil zeggen, door aanpassing van de blootstellingsduur [de lengte van de onbedekte delen van de reactiebuis; wijzigen Figuur 1 C] of intensiteit van het invallende licht [nummer van de lampen]), een zeer nauwkeurige controle over het aantal photogenerated elektronen en, bijgevolg, over het proces van vermindering (NNP afzetting) kan worden uitgeoefend.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58883/58883fig1.jpg"> Figuur 1 : De reactor van de depositie verzonnen fotokatalytische. (A) de reactor. (B) binnen de kamer verlichting. (C) A kwarts buis met een lengte van 5 cm x 1 cm verlichting blootstelling. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58883/58883fig1large.jpg" target="_blank">Klik hier voor een grotere versie van dit cijfer.</a>
Ondanks het grote potentieel van de PD-methode voor de gecontroleerde afzetting van NNPs is de toepassing ervan beperkt tot halfgeleidende materialen. Gelukkig is het mogelijk om te openen een brede band gap in grafeen (een van de best geleidende substraten13) door zijn eenvoudige chemische functionalization. Daarna deze functionele groepen (FGs) kan meestal worden verwijderd en de resulterende grafeen zal nog steeds worden geleidend genoeg voor de meeste van de toepassingen. Onder de talrijke functionalized derivaten van grafeen is grafeen oxide (GO), dat aanzienlijke halfgeleidende eigenschappen14 vertoont, de meest veelbelovende kandidaat voor dit doel. Dit is voornamelijk te wijten aan het feit dat GO's productie heeft de hoogste productie opleveren tussen de anderen. Niettemin, aangezien GO uit verschillende soorten FGs bestaat, de chemische samenstelling varieert continu onder UV-belichting. Wij hebben onlangs aangetoond dat door een selectieve verwijdering van zwak gekleefde FGs (gedeeltelijke vermindering; PRGO), de chemische structuur en de elektronische eigenschappen van GO kunnen worden gestabiliseerd, dat is een essentiële vereiste voor homogene afzettingen van de NNPs12. In dit verslag, we beschrijven van de structuur van de reactor en gedetailleerde informatie voor de replicatie en operatie vormen. Het mechanisme van de depositie (werkt het mechanisme van de reactor) en mogelijke optimalisatie strategieën worden ook uitvoerig besproken. Voor het valideren van de toepasselijkheid van de ontwikkelde PD reactor voor beide soorten gemeenschappelijke substraten (dirigent en halfgeleider) en verschillende NNPs, de afzetting van platina op PRGO en TiO2, alsmede van goud op TiO2, wordt aangetoond. Het is opmerkelijk dat door een goede selectie van het metaal, photocatalyst en voorloper van materialen (bijvoorbeeld zout, gat scavenger) en de dispersie-media, verschillende andere metalen deeltjes (zoals Ag en Pd15) ook kunnen worden gedeponeerd. In beginsel-want in de photodeposition van NNPs, de caties van het metaal worden verminderd met de elektronen-de photoexcited energie-niveau van de halfgeleider van geleidingsband minimale (CBM) moet overeenkomen met (worden meer negatieve dan) het reductiepotentieel van de gericht caties. Als gevolg van de extensieve productie van de technische aspecten, wordt de synthese van PRGO ook in detail beschreven. Raadpleeg voor meer informatie over de chemische structuur en de elektronische eigenschappen van PRGO, vorige werk12.
De gedetailleerde structuur van de reactor is schematisch afgebeeld in Figuur 2. De reactor bevat twee hoofdonderdelen: een UV-verlichting en een reservoir compartiment. De sectie van de verlichting bestaat uit een kwarts-buis, die wordt precies vastgesteld langs de middenas van een cilindrische buis met een voering van gepolijst aluminium. Het reservoir bestaat uit een 1 L fles verzegeld-cap met gas en vloeistof (reactanten) inhammen en verkooppunten. Gebruik een tussenschot van silicium met een schroefdop open-top voor het invoegen van de buizen. Om monsters te nemen tijdens de reactie zonder dat zuurstof Voer de reactor, is een stopcontact met een klep ook geïnstalleerd. Het moet hier worden gezegd dat de bemonsteringen op specifieke tijdsintervallen niet een deel van het productieproces nanocomposietmaterialen zijn en alleen bemonstering moet gebeuren eens om te verkrijgen van de concentratie-tijd-curven voor elke set van synthese parameters (de toepassing van deze krommen zal worden besproken in de sectie discussie). Het reservoir wordt binnen een ijs-waterbad geplaatst terwijl het wordt krachtig gemengd op een magneetroerder. Een magnetische pomp circuleert de reactieve uit het reservoir aan de reactie kamer (verlichting sectie) en terug naar het reservoir. Een magnetische wordt gebruikt omdat hoge stroomsnelheid nodig zijn (het debiet in dit werk = 16 L·min-1) en peristaltische pompen (of andere soortgelijke pompen) kunnen nauwelijks die stromen. Bij gebruik van een magnetische pomp, moet erop worden gelet volledig vullen van de waaier ingewanden (pomphuis) met de reactieve vloeistof en evacueren van alle ingesloten lucht (zuurstof bron). De ingesloten lucht kan ook verminderen de echte debiet van de pomp.
Voor een gepulseerde excitatie van het photocatalyst materiaal, specifieke lengtes van de quartz-buis vallen onder een dikke aluminiumfolie, gelijke lengtes tussen hen verlaat ontdekt (Figuur 2). De duur van de gepulseerde excitatie kan worden aangepast door het veranderen van de lengte van de onbedekte delen (de lengte van de blootstelling). De lengte van de optimale belichting wordt bepaald door verschillende parameters, zoals het quantumrendement van de photocatalyst en het beoogde NP laden (concentratie van de precursoren; Zie discussie).

<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

In dit werk, is een nieuwe fotokatalytische reactor voor de gepulste en gecontroleerde excitatie van de photocatalyst en de precieze afzetting van metalen nanodeeltjes ontwikkeld. Richtsnoeren voor de replicatie van de reactor en de werking ervan vindt u in detail. Drie verschillende samengestelde systemen (Pt/grafeen Pt/TiO2en Au/TiO2) met monodispers en gelijkmatig verdeelde deeltjes worden geproduceerd door deze reactor, en het photodeposition-mechanisme, evenals de synthese optimalisatie strategie, worden besproken. De synthesemethoden en hun technische aspecten worden uitgebreid beschreven. De rol van de ultraviolette (UV) dosis (in elke excitatie puls) op het photodeposition-proces wordt onderzocht en de optimale waarden voor elke samengestelde systeem worden geleverd.

XPS is een van de meest krachtige technieken voor het bevestigen van de vorming van metalen NPs en studie van hun chemische Staten. Voor dit doel, zowel enquête spectra en hoge resolutie spectra (van Pt4f en Au4f) werden geregistreerd, die bevestigt dat de volledige reductie van de metalen caties en succesvolle afzetting van de NNPs (Figuur 3). Voor de deconvolutie van zowel Pt4f en Au4f, aanvankelijk werd een Shir...

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

Voor een continue en schaalbare synthese van edel metaal-gebaseerde nanocomposieten, een nieuwe fotokatalytische reactoren is ontwikkeld en haar structuur, werking beginselen en product kwaliteit optimalisatie strategieën worden beschreven.

Een continue-stroom fotokatalytische Reactor voor de juist gecontroleerde afzetting van metalen nanodeeltjes

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

Composieten van edele metalen met geleider of halfgeleidermaterialen hebben enorme toepassingen, variërend van medische technologie tot energieconversiesystemen, maar hun conventionele synthesemethoden zijn niet geschikt voor commerciële productie. Bijvoorbeeld, microgolf reductie is een krachtige techniek, maar het kan slechts een paar milliliter verwerken in elke partij, terwijl de commerciële productie van grafeen / platina-gebaseerde brandstofcellen zou moeten verwerken meerdere liters suspensie in enkele minuten. Om dit probleem aan te pakken, hebben we een fotokatalytische depositiereactor ontwikkeld die gemakkelijk op schaalbaar is en continu kan werken.In ons fotodepositiesysteem worden kleine delen van de reactanten gedurende korte, instelbare perioden verlicht. Zo kunnen we de nucleatie- en groeiprocessen efficiënt controleren, zelfs bij het opschalen van de reactor. Om te beginnen bedek het binnenoppervlak van een polyvinylchloridepijp van 15 centimeter bij 55 centimeter met dikke, gepolijste aluminiumfolie met lijmachterwerk.Ruimte vijf, 55-watt UV-C lampen gelijkmatig rond de binnenkant van de pijp. Wikkel vervolgens een kwartsbuis van 0,5 centimeter bij 55 centimeter met stukjes aluminiumfolie met lijmonderlijm om meerdere even brede ramen gelijkmatig in het midden van de buis te vormen. Laat 2,5 centimeter van de buis aan elk uiteinde bloot.Installeer de kwartsbuis in het midden van de PVC-buis om de verlichtingskamer te vormen en sluit ondoorzichtige plastic buizen aan elk uiteinde. Dan, monteer de pijp verticaal in een rookkap, en bevestig een heavy-duty ventilator aan de onderkant voor koeling, Vervolgens, het opzetten van een magnetische drive pomp op een verhoogd platform met de onderkant van de pomp boven de bovenkant van een magnetische roerplaat. Klem een 1-liter separatory trechter net hoger dan de pomp.Gebruik een T-fitting en ondoorzichtige plastic buizen om de separatory trechter uitlaat aan te sluiten op de bovenkant van de kwartsbuis en de magnetische pomp inlaat. Steek vervolgens de buizen van de bodem van de kwartsbuis en de pompuitlaat door het septum van een fles van één liter uitgerust met een roerstaaf, zodat de uiteinden van de slang twee tot drie centimeter boven de roerbalk liggen. Deze fles zal het reservoir zijn.Sluit vervolgens een T-fitting aan op de bemonsterings- en evacuatiekleppen en een lengte van ondoorzichtige kunststof buizen. Steek de slang in het reservoir en sluit de bemonsteringsklep aan op een spuitfitting. Tot slot, voer een gasuitlaatleiding van het reservoir naar een waterbel.Om te beginnen met de synthese, voeg twee gram grafiet en 100 milliliter van 98% zwavelzuur aan een 500-milliliter Erlenmeyer fles uitgerust met een grote magnetische roerstaaf. Koel het mengsel af tot ongeveer nul graden Celsius in een ijswaterbad terwijl u roert. Voeg vervolgens een gram kaliumpermanganaat toe in de loop van een minuut tijdens het roeren.Laat het mengsel nog vier minuten roeren. Herhaal dit proces nog vijf keer om in totaal zes gram toe te voegen in de loop van 30 minuten. Zodra de toevoeging is voltooid, verwijder het bad, en blijven roeren het mengsel gedurende zes uur.Vervolgens koel je het mengsel af in een ijswaterbad terwijl je 15 minuten roert. Voeg 250 milliliter gedestilleerd water dropwise toe aan het roermengsel. Verwijder het ijswaterbad en voeg 10 milliliter waterstofperoxide dropwise toe aan het roermengsel.Voeg vervolgens 20 milliliter waterstofperoxide in één keer toe en blijf 30 minuten roeren bij kamertemperatuur. Centrifuge de resulterende ophanging op 3, 500 g gedurende 15 minuten, en gooi de supernatant. Roer de vaste stoffen in een liter gedestilleerd water gedurende 30 minuten, centrifuge ze opnieuw, verwijder de supernatant, en controleer de pH.Was de vaste stoffen op deze manier tot de supernatant pH vijf bereikt. Combineer vervolgens het gewassen neerslag met 500 milliliter zoutzuur van één molaire molaire en roer gedurende een uur. Was het product tot de supernatant pH vijf bereikt.Verspreid de gewassen vaste stoffen in een liter gedestilleerd water, en sonicate het mengsel voor drie uur op ongeveer kamertemperatuur. Centrifuge het resulterende grafeenoxidemengsel gedurende 15 tot 20 minuten bij 3, 500 g bij kamertemperatuur drie keer, waarbij het neerslag telkens wordt weggegooid. Breng de grafeenoxidesuspensie over in een getinte of folie verpakte glazen fles.Weeg vervolgens drie droge kristallisatieschotels drie keer op een analytische balans. Schud de grafeenoxide suspensie goed, en laat het genoegen nemen voor een minuut. Giet vervolgens precies 100 milliliter van de suspensie in elk gerecht.Houd de gerechten in een oven op 70 tot 80 graden Celsius totdat de inhoud volledig droog is. Weeg vervolgens elk gerecht drie keer op dezelfde analytische balans en bereken het droge gewicht van grafeenoxide in elk gerecht. Bepaal de concentratie van de suspensie op basis van het gemiddelde van deze waarden.Verdun vervolgens de suspensie tot 0,2 gram per liter en voeg deze langzaam toe aan een gelijk volume van natriumhydroxide van vier kies. Reflux het mengsel op 90 graden Celsius gedurende acht uur, en laat het afkoelen tot kamertemperatuur. Was het gedeeltelijk verminderde grafeenoxide neerslaan tot de supernatant bereikt pH zeven tot acht, en bewaar het in een getinte of folie verpakte fles.Bereid 540 milliliter van een 50-milligram-per-milliliter suspensie van gedeeltelijk verminderd grafeenoxide in gedestilleerd water, en sonicate het in een ijswaterbad gedurende een uur op 40%-vermogen. Voeg vervolgens 60 milliliter ethanol van analytische kwaliteit toe en sonisch het mengsel in een ijswaterbad voor nog een uur. Voeg vervolgens 169 microliters van 8% in gewicht waterige hexachloooreoplatinezuur toe aan het grafeenmengsel en blijf 15 minuten roeren bij kamertemperatuur.Giet het mengsel vervolgens in de separatory trechter van de reactor en stop het. Open de stopcock om de reactant in het systeem te voeden en sluit deze onmiddellijk wanneer de trechter leeg is om gasbellen uit de slang te houden. Voer de pomp op 16 liter per minuut, en stroom stikstofgas door de reactor in een snelheid die een gestage stroom van bellen produceert.Roer de suspensie op ongeveer 1.000 rpm gedurende 30 minuten om opgeloste zuurstof te verwijderen. Verminder vervolgens de stikstofstroom en zet de UV-lampen aan. Verhoog na vijf minuten de stikstofstroom en sluit een Luer-Lok-spuit van 20 milliliter aan op de monsterlijn.Houd de spuitzuiger licht vast om te voorkomen dat deze wordt uitgeworpen en open de bemonsteringsklep. Verzamel 20 milliliter van de suspensie, sluit de bemonsteringsklep en maak de spuit los. Open de buisafvoerklep om de slang door te spoelen en sluit vervolgens de klep en verlaag de stikstofgasstroom tot het vorige niveau.Centrifugeren het monster op 10,000 g gedurende 10 minuten, en zet de supernatant voor metaal kation concentratie analyse. Was de vaste stoffen twee maal door te roeren in 20 milliliter porties gedestilleerd water en centrifugeren onder dezelfde omstandigheden. Daarna, dispergeer de vaste stoffen in 50 milliliter gedestilleerd water door zachte sonicatie voor een uur.Los een milligram ascorbinezuur in de dispersie, en roer het mengsel op 90 graden Celsius gedurende een uur. Verzamel en was het neerslag zoals eerder beschreven, en bewaar het gewassen neerslag voor verdere karakterisering. Röntgenfotolektronronspectroscopie bevestigde dat platina en gouden nanodeeltjes met succes werden afgezet op verlaagd grafeenoxide en titaniumdioxide.Deconvolution van de hoge resolutie platina 4f en goud 4f pieken toonde geen niet-metalen componenten, wat aangeeft dat de platina vier en goud drie kations was teruggebracht tot respectievelijk platina nul en goud nul. De verlichtingsdosis per blootstelling, of IDE, werd geoptimaliseerd voor elke composiet om een relatief uniforme verdeling van kleine edele metalen nanodeeltjes over de substraten te bereiken. Toen de IDE te hoog was, depletie rond groeiende deeltjes ontmoedigd de vorming van kernen in de buurt, wat resulteert in grote deeltjes en grote grootte distributies.De IDE werd aangepast door het aantal UV-lampen en het blootstellingsgebied van de reactor te wijzigen. Toen de IDE te laag was, was de fotodepositie niet succesvol, als gevolg van onvoldoende fotoekseerde elektronen voor stabiele kernvorming, zoals hier te zien is. Verbreding van de ramen tot twee centimeter geproduceerd de gewenste fotodepositie gedrag voor de platina / grafeen composiet.Het blootstellen van de gehele reactorbuis verhoogde de fotodepositiesnelheid zonder de deeltjesgrootte en monodispersiteit aanzienlijk in gevaar te brengen. Het depositieproces wordt gecontroleerd door concentratietijdcurven onder verschillende omstandigheden in kaart te brengen om het optimale reactorontwerp en IDE te identificeren. Het uitvoeren van de fotodepositie in het lineaire concentratietijdgebied maakt het mogelijk om het product na een bekende circulatietijd continu te verzamelen.Hoewel we de synthese van platina/grafeencomposieten demonstreren, kunnen deze methode en reactor ook worden gebruikt voor depositie van andere edele metalen op verschillende halfgeleiders. Deze continustroomreactor kan ook worden gebruikt voor andere chemische synthesemethoden waarbij de reacties met licht worden geïnitieerd.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Real-time monitoring van de reacties uitgevoerd met behulp van continue flow Verwerking: De Bereiding van 3-acetylcumarine als een voorbeeld

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

Chemical Vapor Deposition van een organische Magnet, Vanadium tetracyanoethyleen

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

Een eenvoudige methode voor de grootte gecontroleerde synthese van Stable oligomere Clusters van Gold Nanodeeltjes onder omgevingsomstandigheden

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

Fotochemische oxidatieve groei van Iridium Oxide Nanodeeltjes op 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

Een protocol voor de productie van Gliadin-cyanoacrylaat nanopartikels voor hydrofiele coating

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

Microfluïdische Pneumatische Cages: een nieuwe benadering voor de In-chip Crystal Trapping, manipulatie en gecontroleerde chemische behandeling

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

Epitaxiaal Groei van Perovskite Strontiumtitanaat op 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

Het effect van interfaciale chemische binding in TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; Composieten op hun fotokatalytische NOx Abatement Performance

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

Continue stroom chemie: Reactie van Diphenyldiazomethane met p- Nitrobenzoic Acid

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

Afzetting van poreuze SPE op stof ondersteunt

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