Name: a continuous-flow photocatalytic reactor for the precisely controlled deposition of metallic nanoparticles
Uploaded: 2019-04-10T12:30:00
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Les auteurs tiens à remercier l’Université Sabanci et Swiss Federal Laboratories pour la Science des matériaux et de la technologie (APEM) pour le soutien fourni.

1. fabrication et le fonctionnement du réacteur photocatalytique dépôts
Attention : Lorsque les lampes UV sont activées, utilisez des lunettes de protection UV-C.
<ol><li>
Fabrication du réacteur photocatalytique dépôts
	<ol>
<li>Couvrir la surface intérieure d’un tuyau en polychlorure de vinyle (PVC) (diamètre x longueur = 15 x 55 cm ; autres matériaux peut également être utilisé) avec un papier d’aluminium épais, poli et dos adhésif. Installer cinq 55 ...

<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>

Les nanoparticules sont la forme la plus largement utilisée de catalyseurs à base de métal noble. Dans presque tous les cas, NNPs sont déposés sur un conducteur ou un matériau semi-conducteur de soutien. Cette hybridation se faite principalement par la réduction des cations du métal noble en présence du substrat prévu (matériel). Par conséquent, une méthode de synthèse réussie pour la production de nanocomposites axée sur le NNP devrait se réunir au moins deux conditions principales : 1) la réduction d...

Nanoparticules métalliques, en particulier des métaux nobles (p. ex., Pt, Au, DP) ont vastes applications en catalyse1. En général, réduire la taille des nanoparticules (NPs) augmente leur activité catalytique tout en conservant la constante de coût (poids), mais il rend également plus difficile leur application. NPs (généralement inférieure à 10 nm) ont de grandes tendances à l’agrégation, qui dégrade leur activité catalytique ; Cependant, immobilisation sur substrats adéquats peut généralement résoudre ce problème. En outre, selon le type d’application (p. ex., électrocatalyse), il est parfois nécessaire d’immobiliser les NPs sur substrats conducteurs2,3. NPs peuvent également être hybridés avec semiconducteurs pour former une barrière de Schottky et éviter (retard) l’électron-trou recombinaison (qui servent de pièges d’électrons)4,5. Par conséquent, dans la plupart des applications, le métal noble NPs (NNPs) sont déposés soit sur un conducteur (p. ex., le graphène) ou un semi-conducteur (par exemple, TiO2) substrat. Dans les deux cas, les cations métalliques sont généralement réduites en présence du substrat, et la technique de réduction diffère d’un mode à l’autre.
Pour la déposition de NNPs via une réduction de leurs cations, électrons (avec bon potentiel électrique) doivent être fournies. Cela peut se faire de deux façons : par oxydation des autres espèces chimiques (un agent réducteur)6,7 ou d’une source de courant externe8. En tout cas, pour le dépôt homogène de monodisperses NPs, il est nécessaire d’imposer un contrôle strict sur la production et le transfert des électrons (réducteurs). C’est très difficile quand un agent réducteur est utilisé car il n’y a pratiquement aucun contrôle sur le processus de réduction une fois que les réactifs (cations et agent réducteur) sont mélangés. En outre, NPs peuvent se former n’importe où et pas nécessairement sur le substrat de la cible. Lorsque vous utilisez une alimentation externe, le contrôle sur le nombre des électrons fournis est beaucoup mieux, mais NPs peuvent seulement être déposés sur une surface de l’électrode.
Photocatalytique de dépôts (DP) sont une autre approche, qui offre plus de contrôle sur le nombre de la (photo) généré électrons puisqu’elle est directement liée à la dose des photons lumineux (avec une bonne longueur d’onde). Dans cette méthode, le matériel de substrat joue un double rôle ; Il prévoit la réduction des électrons9 et stabilise la formé de NPs10. En outre, NPs forme que sur le substrat depuis les électrons sont générés par le substrat. Une bonne connexion électrique entre les composants en matériaux composites (fait par la méthode de réduction photocatalytique) est également garantie11. Néanmoins, dans les méthodes de dépôts conventionnels photocatalytique dans laquelle la totalité du lot des réactifs (photocatalyseur et métal cation) s’allume en même temps, il n’y a aucun contrôle sur la nucléation des NNPs. En effet, une fois quelques particules (noyaux) sont formés, ils agissent comme sites de transfert préféré pour le photogénéré électrons5 et agissent comme un site privilégié de la croissance. Ce transfert d’électrons supérieure favorise la croissance des particules existants et défavorise la formation de nouveaux noyaux, qui se traduit par la formation de grandes NNPs. Ce problème peut être résolu par l’éclairement pulsé de lumière dans un réacteur à flux continu spécial (Figure 1) qui a récemment été mis au point par notre groupe de12UV. La caractéristique unique de ce réacteur est qu’il permet aux chercheurs de contrôler ces deux facteurs déterminant la taille-NP, à savoir, de nucléation et de croissance. Dans ce réacteur, une très petite portion des réactifs est allumée pour une très courte période de temps, promouvoir la formation des noyaux (noyaux plus sont forment) et en limitant la croissance (les plus petites particules sont atteints). Dans cette méthode, en contrôlant la dose d’illumination (c.-à-d., en ajustant la durée d’exposition [modifier la longueur des parties découvertes du tube de réaction ; Figure 1 C] ou l’intensité de la lumière incidente [nombre des lampes]), un contrôle très précis sur le nombre d’électrons photogénéré et, par conséquent, sur le processus de réduction (dépôts NNP) peut être exercé.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58883/58883fig1.jpg"> Figure 1 : Le réacteur de déposition fabriqué photocatalytique. (A) du réacteur. (B) à l’intérieur de la chambre de l’illumination. (C), un tube de quartz avec une longueur de 5 cm x 1 cm éclairage exposition. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58883/58883fig1large.jpg" target="_blank">S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.</a>
Malgré son grand potentiel de la méthode PD pour le dépôt contrôlé de NNPs, son application est limitée aux matériaux semi-conducteurs. Heureusement, il est possible d’ouvrir un espace large bande dans le graphène (un des substrats conducteurs mieux13) par sa fonctionnalisation chimique simple. Par la suite, ces groupes fonctionnels (FGs) peut être enlevés pour la plupart et le graphène qui en résulte sera encore suffisamment conductrice pour la plupart des applications. Parmi les nombreux dérivés fonctionnalisés de graphène, oxyde de graphène (GO), qui présente beaucoup de propriétés semi-conductrices14, est le candidat plus prometteur à cet effet. Ceci est principalement dû au fait que la production GO a la plus forte production de rendement parmi d’autres. Néanmoins, puisque GO se compose de différents types de FGs, sa composition chimique varie continuellement sous illumination UV. Nous avons récemment démontré que par une élimination sélective des faiblement FGs servile (réduction partielle ; PRGO), la structure chimique et les propriétés électroniques des GO peuvent être stabilisées, qui est une exigence essentielle pour les dépôts homogènes de la NNPs12. Dans ce rapport, nous décrire la structure du réacteur et fournir des informations détaillées pour la réplication et l’exploitation. Le mécanisme de dépôt (mécanisme du réacteur de travail) et les stratégies d’optimisation possible discute aussi de façon très détaillée. Pour valider l’applicabilité de la DP développée réacteur pour les deux types de substrats communs (chef d’orchestre et semi-conducteurs) et différents NNPs, la déposition du platine sur PRGO et TiO2, ainsi que de l’or sur TiO2, est démontrée. Il convient de noter que, par un choix approprié du métal, photocatalyse et matériaux précurseurs (p. ex., sel, piégeur de trou) et les médias de la dispersion, plusieurs autres particules métalliques (tels que Ag et Pd15) peuvent aussi être déposés. En principe-puisque, dans la photodeposition de NNPs, les cations du métal sont réduites par la photoexcitée électrons, le niveau d’énergie de la bande de conduction du semi-conducteur minimal (CBM) doit correspondre à (être plus négatif que) le potentiel de réduction de la visant les cations. En raison des aspects de l’extensification de la production technique, la synthèse de PRGO est également décrite en détail. Pour plus de renseignements au sujet de la structure chimique et les propriétés électroniques des PRGO, veuillez vous reporter au précédent travail12.
La structure détaillée du réacteur est représentée schématiquement à la Figure 2. Le réacteur a deux composantes principales : un éclairage UV et un compartiment de réservoir. La section d’éclairage se compose d’un tube de quartz, ce qui est exactement fixé le long de l’axe central d’un tube cylindrique avec une doublure en aluminium poli. Le réservoir est constitué d’une bouteille de verre scellé-cap 1 L avec gaz et les liquides (réactifs) entrées et les sorties. Utilisent un septum de silicium avec un bouchon à vis toit ouvrant pour insérer les tubes. Pour prélever des échantillons au cours de la réaction sans laisser l’oxygène entrer dans le réacteur, une sortie avec une valve est également installée. Il convient de mentionner ici que les prélèvements sur les intervalles de temps spécifiques ne font pas partie du processus de production nanocomposites et d’échantillonnage seulement il faut faire une fois pour obtenir les courbes concentration-temps pour chaque jeu de paramètres de synthèse (l’application de ces courbes seront discutés dans la section « Discussion »). Le réservoir est placé dans un bain d’eau glacée tout en étant mélangé vigoureusement sur un agitateur magnétique. Une pompe magnétique circule le réactif du réservoir à la chambre de réaction (section de l’illumination) et retour au réservoir. Un magnétique est utilisé depuis des débits élevés sont nécessaires (le débit dans cette œuvre = 16 L·min-1) et les pompes péristaltiques (ou autres pompes similaires) peuvent difficilement fournir ces flux. Lorsque vous utilisez une pompe magnétique, il faut entièrement remplir la roue corps (corps de pompe) avec le liquide réactif et évacuer tout l’air emprisonné (source d’oxygène). L’air emprisonné peut également diminuer le débit réel de la pompe.
Pour une excitation puisée de la matière de la photocatalyse, longueurs spécifiques du tube quartz sont recouverts d’un papier d’aluminium épais, laissant les longueurs égales entre eux découvert (Figure 2). La durée de l’excitation pulsée peut être réglée en changeant la longueur des parties découvertes (durée d’exposition). La durée de l’exposition optimale dépend de divers paramètres, tels que le rendement quantique de la photocatalyse et le chargement de NP prévu (concentration des précurseurs, voir Discussion).

<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

Dans ce travail, est mis au point un réacteur photocatalytique roman pour l’excitation pulsée et contrôlée de la photocatalyse et les dépôts précis de nanoparticules métalliques. Lignes directrices pour la réplication du réacteur et son fonctionnement sont fournis en détail. Trois différents systèmes composites (Pt/graphène, Pt/TiO2et UA/TiO2) avec monodispersés et particules uniformément distribuées sont produites par ce réacteur et le mécanisme de photodeposition, ainsi que la stratégie d’optimisation de la synthèse, On discute. Les méthodes de synthèse et leurs aspects techniques sont décrites en détail. Le rôle de dose ultraviolet (UV) (à chaque impulsion d’excitation) sur le processus de photodeposition est l’objet d’une enquête et les valeurs optimales pour chaque système composite sont fournis.

XPS est une des plus puissantes techniques pour confirmer la formation de NPs métalliques et étudier leurs États chimiques. À cet effet, fois les spectres de sondage et des spectres de haute résolution (de Pt4f et Au4f) ont été enregistrés, ce qui confirme la réduction complète des cations métalliques et des dépôts réussie des NNPs (Figure 3). Pour la déconvolution des Pt4f tant Au4f, au départ, une ...

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

Pour une synthèse continue et évolutive des nanocomposites à base de métal noble, un réacteur photocatalytique roman est développé et sa structure, les principes de fonctionnement et stratégies d’optimisation qualité produit sont décrites.

Un réacteur à flux continu photocatalytique pour le dépôt précisément contrôlé de nanoparticules métalliques

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

Les composites de métaux nobles avec des matériaux conducteurs ou semi-conducteurs ont de vastes applications allant de la technologie médicale aux systèmes de conversion d’énergie, mais leurs méthodes de synthèse conventionnelles ne conviennent pas à la production commerciale. Par exemple, la réduction des micro-ondes est une technique puissante, mais elle ne peut traiter que quelques millilitres dans chaque lot, tandis que la production commerciale de piles à combustible à base de graphène/platine devrait traiter plusieurs litres de suspension en quelques minutes. Pour résoudre ce problème, nous avons développé un réacteur de dépôt photocatalytique qui est facilement haut de gamme et peut fonctionner en continu.Dans notre système de photodéposition, de petites portions des répressifs sont éclairées pendant de courtes périodes réglables. Cela nous permet de contrôler efficacement les processus de nucléation et de croissance, même lors de l’intensification du réacteur. Pour commencer, recouvrez la surface intérieure d’un tuyau de chlorure de polyvinyle de 15 centimètres sur 55 centimètres d’une feuille d’aluminium épaisse, polie et soutenue par l’adhésif.Espace cinq lampes UV-C de 55 watts uniformément autour de l’intérieur du tuyau. Ensuite, enveloppez un tube de quartz de 0,5 centimètre par 55 centimètres avec des morceaux de papier d’aluminium adhésif pour former plusieurs fenêtres tout aussi larges espacées uniformément au milieu du tube. Laissez 2,5 centimètres du tube exposé à chaque extrémité.Installez le tube de quartz au centre du tube de PVC pour former la chambre d’éclairage, et connectez le tube en plastique opaque à chaque extrémité. Ensuite, monter le tuyau verticalement dans un capot de fumée, et fixer un ventilateur robuste à l’extrémité inférieure pour le refroidissement, Suivant, mettre en place une pompe à entraînement magnétique sur une plate-forme surélevée avec le fond de la pompe au-dessus du haut d’une plaque magnétique remuer. Serrez un entonnoir séparateur d’un litre juste plus haut que la pompe.Utilisez un tube en plastique à raccord T et opaque pour connecter la sortie de l’entonnoir séparateur au sommet du tube de quartz et à l’entrée de la pompe magnétique. Ensuite, insérez le tube à partir du fond du tube de quartz et la sortie de la pompe à travers le septum d’une bouteille d’un litre équipée d’une barre de remue-chocs de sorte que les extrémités du tube sont de deux à trois centimètres au-dessus de la barre de remous. Cette bouteille sera le réservoir.Ensuite, connectez un raccord en T aux vannes d’échantillonnage et d’évacuation et à une longueur de tuyaux en plastique opaque. Insérez le tube dans le réservoir et connectez la vanne d’échantillonnage à un raccord de seringue. Enfin, faire fonctionner une conduite d’échappement de gaz du réservoir à un bubbler d’eau.Pour commencer la synthèse, ajoutez deux grammes de graphite et 100 millilitres de 98% d’acide sulfurique de poids à une fiole Erlenmeyer de 500 millilitres équipée d’une grande barre magnétique. Refroidir le mélange à environ zéro degré Celsius dans un bain d’eau glacée en remuant. Ajouter ensuite un gramme de permanganate de potassium pendant une minute en remuant.Laisser le mélange continuer à remuer encore quatre minutes. Répétez ce processus cinq fois de plus pour ajouter un total de six grammes au cours de 30 minutes. Une fois l’ajout terminé, retirer le bain et continuer à remuer le mélange pendant six heures.Ensuite, refroidir le mélange dans un bain d’eau glacée tout en remuant pendant 15 minutes. Ajouter 250 millilitres d’eau distillée dropwise au mélange remuant. Retirer le bain d’eau glacée et ajouter 10 millilitres de peroxyde d’hydrogène dans le sens de la goutte au mélange en remuant.Ajouter ensuite 20 millilitres de peroxyde d’hydrogène en même temps et continuer à remuer à température ambiante pendant 30 minutes. Centrifuger la suspension résultante à 3500 g pendant 15 minutes, et jeter le supernatant. Remuer les solides dans un litre d’eau distillée pendant 30 minutes, les centrifuger à nouveau, enlever le supernatant, et vérifier son pH.Lavez les solides de cette façon jusqu’à ce que le pH supernatant atteigne cinq. Ensuite, mélanger le précipité lavé avec 500 millilitres d’acide chlorhydrique une molaire, et remuer pendant une heure. Lavez le produit jusqu’à ce que le pH supernatant atteigne cinq.Dispersez les solides lavés dans un litre d’eau distillée et sonia le mélange pendant trois heures à température ambiante environ. Centrifugeuse le mélange d’oxyde de graphène résultant pendant 15 à 20 minutes à 3500 g à température ambiante trois fois, jetant le précipité à chaque fois. Transférer la suspension d’oxyde de graphène dans une bouteille en verre teintée ou enveloppée de papier d’aluminium.Ensuite, pesez trois plats de cristallisation sèche sur un équilibre analytique trois fois chacun. Secouez bien la suspension d’oxyde de graphène et laissez-la se contenter d’une minute. Verser ensuite exactement 100 millilitres de suspension dans chaque plat.Gardez la vaisselle au four à 70 à 80 degrés Celsius jusqu’à ce que leur contenu soit complètement sec. Ensuite, pesez chaque plat trois fois sur le même équilibre analytique, et calculez le poids sec de l’oxyde de graphène dans chaque plat. Déterminer la concentration de la suspension par rapport à la moyenne de ces valeurs.Ensuite, diluer la suspension à 0,2 grammes par litre, et lentement l’ajouter à un volume égal d’hydroxyde de sodium quatre molaire. Reflux du mélange à 90 degrés Celsius pendant huit heures, et laisser refroidir à température ambiante. Lavez le précipité partiellement réduit d’oxyde de graphène jusqu’à ce que le supernatant atteigne le pH sept à huit, puis rangez-le dans une bouteille teintée ou enveloppée de papier d’aluminium.Préparez 540 millilitres d’une suspension de 50 milligrammes par millilitre d’oxyde de graphène partiellement réduit dans de l’eau distillée, et soniquez-le dans un bain d’eau glacée pendant une heure à 40% de puissance. Ajouter ensuite 60 millilitres d’éthanol de qualité analytique et sonifier le mélange dans un bain d’eau glacée pendant une autre heure. Ensuite, ajouter 169 microlitres de 8% par poids aqueux acide hexachloroplatinic au mélange de graphène, et continuer à remuer à température ambiante pendant 15 minutes.Ensuite, versez le mélange dans l’entonnoir séparateur du réacteur et arrêtez-le. Ouvrez le robinet d’arrêt pour alimenter le répressif dans le système, et fermez-le immédiatement lorsque l’entonnoir est vide pour empêcher les bulles de gaz de sortir du tube. Faire fonctionner la pompe à 16 litres par minute, et faire passer le gaz azoté à travers le réacteur à une vitesse qui produit un flux régulier de bulles.Remuer la suspension à environ 1000 rpm pendant 30 minutes pour enlever l’oxygène dissous. Ensuite, réduisez le flux d’azote et allumez les lampes UV. Après cinq minutes, augmenter le débit d’azote et connecter une seringue Luer-Lok de 20 millilitres à la ligne d’échantillonnage.Tenez légèrement le piston de seringue pour l’empêcher d’être éjecté et ouvrez la vanne d’échantillonnage. Recueillir 20 millilitres de la suspension, fermer la vanne d’échantillonnage et détacher la seringue. Ouvrez la vanne d’évacuation du tube pour rincer le tube, puis fermez la vanne et réduisez le débit de gaz azoté à son niveau précédent.Centrifuger l’échantillon à 10 000 g pendant 10 minutes, et réserver le supernatant pour l’analyse de la concentration de cation métallique. Lavez les solides deux fois en remuant dans des portions de 20 millilitres d’eau distillée et en centrifugant dans les mêmes conditions. Après cela, dispersez les solides en 50 millilitres d’eau distillée par sonication douce pendant une heure.Dissoudre un milligramme d’acide ascorbique dans la dispersion, et remuer le mélange à 90 degrés Celsius pendant une heure. Recueillir et laver le précipité tel qu’il a été décrit précédemment, et entreposer le précipité lavé pour une caractérisation plus complète. La spectroscopie de photoélectron de rayon X a confirmé que des nanoparticules de platine et d’or ont été avec succès déposées sur l’oxyde réduit de graphène et le dioxyde de titane.La déconvolution des pics de platine 4f à haute résolution et d’or 4f n’a montré aucun composants non métalliques, ce qui indique que les trois cations platine quatre et or avaient été réduites à zéro platine et zéro or, respectivement. La dose d’éclairage par exposition, ou IDE, a été optimisée pour chaque composite afin d’obtenir une distribution relativement uniforme de petites nanoparticules métalliques nobles sur les substrats. Lorsque l’IDE était trop élevé, l’épuisement autour des particules croissantes a défavorisé la formation de noyaux à proximité, entraînant de grosses particules et des distributions de grande taille.L’IDE a été ajusté en modifiant le nombre de lampes UV et la zone d’exposition du réacteur. Lorsque l’IDE était trop faible, la photodéposition n’a pas abouti, en raison de l’insuffisance des électrons photoexcités pour la formation stable du noyau, comme on le voit ici. L’élargissement des fenêtres à deux centimètres a produit le comportement de photodéposition désiré pour le composite platine/graphène.L’exposition de l’ensemble du tube du réacteur a augmenté le taux de photodéposition sans compromettre de manière significative la taille et la monodispersité des particules. Le processus de dépôt est contrôlé en traçant les courbes de temps de concentration dans diverses conditions afin d’identifier la conception optimale du réacteur et l’IDE. La conduite de la photodéposition dans la région du temps de concentration linéaire permet la collecte continue du produit après un temps de circulation connu.Bien que nous démontrons la synthèse des composites platine/graphène, cette méthode et ce réacteur peuvent également être utilisés pour le dépôt d’autres métaux nobles sur divers semi-conducteurs. Ce réacteur à flux continu peut également être utilisé pour d’autres méthodes de synthèse chimique dans lesquelles les réactions sont initiées par la lumière.

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