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

המחברים רוצה להודות Sabanci אוניברסיטת ומעבדות הפדרלי השוויצרי הנדסת חומרים וטכנולוגיה (Empa) על כל התמיכה מסופקים.

1. ייצור ותפעול של הכור התצהיר photocatalytic
התראה: בעת מנורות UV מופעלים, להשתמש משקפי מגן UV-C.
<ol><li>
ייצור של הכור התצהיר photocatalytic
	<ol>
<li>לכסות את המשטח הפנימי של צינור פוליוויניל כלוריד (PVC) (קוטר x אורך = 15 ס"מ x 55 ס"מ; ניתן להשתמש גם חומרים אחרים) בנייר אלומיניום עבה, מלוטש, דבק ?...

<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>

חלקיקים הם הצורה הנפוצה ביותר של זרזים המבוססות על נובל-מתכת. כמעט בכל המקרים, NNPs מופקדים על מוליך או חומר תמיכה semiconductive. זו הכלאה נעשית בעיקר על ידי צמצום קטיונים של המתכת נובל בנוכחות המצע המיועד (חומר). לפיכך, שיטת הסינתזה המוצלחת לייצור nanocomposite מבוססי nnp ב צריך לעמוד בדרישות הראשי לפחות ש...

חלקיקי מתכת, מתכות אצילות במיוחד (למשל, Pt, Au, Pd) יש שימושים העצום זרז1. באופן כללי, הקטנת הגודל של חלקיקים (NPs) מגביר את פעילות קטליטית שלהם תוך שמירה על עלות (משקל) הקבוע, אבל זה גם הופך היישום שלהם יותר קשה. NPs (בדרך כלל קטן מ- 10 ננומטר) יש נטיות נהדר כדי צבירת, אשר מדרדרת פעילות קטליטית שלהם; עם זאת, קיבעון על מצעים מתאים לרוב ניתן לפתור בעיה זו. יתר על כן, בהתאם לסוג היישום (לדוגמה, electrocatalysis), יש לפעמים צורך לשתק את NPs על מצעים מוליך2,3. NPs יכול שהוכלא גם עם מוליכים למחצה כדי ליצור מחסום Schottky ולהימנע (עיכוב)-חור רקומבינציה (מתנהג כמו מלכודות אלקטרון)4,5. ולכן, ברוב היישומים, מתכת אצילה NPs (NNPs) הן מופקד גם על מוליך (למשל, גרפן) או של semiconductive (למשל, TiO2) המצע. בשני המקרים, מתכת קטיונים מופחתים בדרך כלל בנוכחות המצע, טכניקת הפחתה שונה שיטה אחת לאחרת.
לתצהיר של NNPs באמצעות הפחתה של קטיונים שלהם, אלקטרונים (עם פוטנציאל חשמלי תקין) צריך להינתן. זה יכול להיעשות בשתי דרכים: על ידי חמצון של אחרים צורון כימי (סוכן צמצום)6,7 או מקור כוח חיצוני8. בכל מקרה, לתצהיר הומוגנית של monodispersed NPs, זה הכרחי כדי לכפות על שליטה קפדנית על הדור והעברה של האלקטרונים (צמצום). זה מאוד קשה כאשר סוכן צמצום משמש מכיוון שאין כמעט שום שליטה בתהליך הפחתת לאחר שני המגיבים (קטיונים והסוכן צמצום) מעורבבים. יתר על כן, NPs שיכולים להיווצר בכל מקום, לא בהכרח על המצע היעד. בעת שימוש במקור כוח חיצוני, השליטה מספר האלקטרונים שסופק הוא הרבה יותר טוב, אבל NPs ניתן להפקיד רק על פני השטח האלקטרודה.
Photocatalytic בתצהיר (PD) היא גישה חלופית, אשר מציעה שליטה רבה יותר המספר (בתמונה) שנוצר אלקטרונים מאז זה קשור ישירות המינון של חלקיקי האור מואר (עם אורך גל המתאים). בשיטה זו, החומר המצע יש תפקיד כפול; הוא מספק את האלקטרונים תוך צמצום9 , מייצבת ה-NPs בנוי10. יתר על כן, NPs טופס רק על המצע מאז האלקטרונים נוצרים על ידי המצע. חיבור חשמלי תקין בין רכיבים מורכבים (שנעשו על ידי שיטת הפחתת photocatalytic) מובטחת גם11. למרות הכל, בשיטות הקונבנציונלית photocatalytic בתצהיר בו צרור כל המגיבים (הקטיון photocatalyst ומתכת) דולקת בו זמנית, אין שום שליטה התגרענות של NNPs. ואכן, לאחר מספר חלקיקים (גרעינים) נוצרים, הם לשמש אתרי העברה המועדפת עבור אלקטרונים photogenerated5 , לפעול כאתר מועדף צמיחה. העברת אלקטרונים מעולה זה מקדם הצמיחה של החלקיקים הקיימים, disfavors היווצרות של גרעינים חדשים, אשר גורמת להיווצרות של NNPs גדול. בעיה זו יכולה להתבצע על ידי איור פעמו אור ב כור זרימה רציפה מיוחדת (איור 1) אשר פותחה לאחרונה על-ידי שלנו קבוצה12UV. התכונה הייחודית של הכור הזה הוא שזה מאפשר לחוקרים לשלוט בשני גורמים NP-גודל-קביעת ', כלומר, התגרענות וצמיחה. בהכור הזה, חלק קטן מאוד של המגיבים מואר במשך תקופה קצרה מאוד של זמן, קידום היווצרות של גרעינים (עוד גרעינים נוצרים) ובאמצעות הגבלת הגידול (חלקיקים קטנים יותר הם השיגו). בשיטה זו, על ידי שליטה המינון תאורה (קרי, על-ידי התאמת משך החשיפה [לשנות את אורך חשפו חלקי הצינור התגובה; איור 1 C] או עוצמת האור התקרית [מספר המנורות]), יכולים להפעיל שליטה מדויקת מאוד על המספר של אלקטרונים photogenerated, וכתוצאה מכך על תהליך הפחתת (nnp בתצהיר).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58883/58883fig1.jpg"> איור 1 : הכור התצהיר מפוברק photocatalytic. (א) הכור. (B) בתוך החדר תאורה. (ג) A צינור קוורץ עם 5 ס"מ על 1 ס"מ אורך חשיפה תאורה. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58883/58883fig1large.jpg" target="_blank">אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.</a>
למרות הפוטנציאל הגדול של השיטה PD לתצהיר מבוקרת של NNPs, היישום שלה היא מוגבלת חומרים מוליכים למחצה. למרבה המזל, זה אפשרי לפתוח פער פס רחב גרפן (אחד סובסטרטים ביותר ניצוח13) על ידי functionalization כימית פשוטה שלה. לאחר מכן, ניתן להסיר קבוצות אלה פונקציונלית (המדרשה) בעיקר, הגרפן וכתוצאה מכך עדיין יהיה מוליך מספיק עבור רוב היישומים. בין נגזרות functionalized רבים של גרפן, תחמוצת גרפן (קדימה), אשר מוצגים מאפייני מוליכים למחצה ניכר14, הוא המועמד המבטיח ביותר למטרה זו. זה בעיקר בשל העובדה כי הייצור של קדימה יש את הייצור הגבוהה תשואה בין השאר. למרות זאת, מאז קדימה כוללת סוגים שונים של המדרשה, ההרכב הכימי שלו משתנה ברציפות בתאורה UV. אנחנו לאחרונה הראו כי על ידי הסרה סלקטיבית של המדרשה בונדד חלש (הפחתה חלקית; רציו יהש), המבנה הכימי והמאפיינים אלקטרונית של קדימה יכול יציב וזו מהדרישות לקבלת תצהירים הומוגנית NNPs12. בדו ח זה, אנו מתארים את המבנה של הכור, לספק מידע מפורט עבור שכפול ותפעול שלה. התצהיר מנגנון (עובד מנגנון של הכור) ואסטרטגיות אופטימיזציה אפשרי גם הם דנו בפירוט רב. כדי לאמת את הישימות של המשטרה מפותחת הכור עבור שני הסוגים של סובסטרטים נפוצות (מנצח, מוליכים למחצה), NNPs שונים, העדות של פלטינה על רציו יהש, TiO2, כמו גם זהב על TiO2, הוא הפגין. ראוי לציין כי על-ידי בחירה נכונה של המתכת, photocatalyst קודמן חומרים (למשל, מלח, נבלות חור), ואת התקשורת פיזור, מספר חלקיקים מתכתיים אחרים (כגון Ag ו Pd-15) ניתן גם להפקיד. באופן עקרוני-מאז, ב photodeposition של NNPs, קטיונים של המתכת מופחתים על ידי photoexcited אלקטרונים-רמת האנרגיה הולכה מוליכים למחצה מינימלי (CBM) צריך להתאים עם (להיות שליליים יותר מאשר) פוטנציאל הפחתה של קטיונים מכוונים. בשל ההיבטים ייצור טכני נרחב, הסינתזה של רציו יהש גם מתואר בפירוט. למידע נוסף לגבי מבנה כימי ו תכונות אלקטרוניות של רציו יהש, עיין העבודה הקודם12.
מבנה נתונים היסטוריים של הכור סכמטי מתוארת באיור2. הכור מכיל שני רכיבים מרכזיים: תאורה UV ו תא מאגר. המקטע תאורה מורכב צינור קוורץ, אשר בדיוק קבוע לאורך הציר המרכזי של צינור גלילי עם אניה אלומיניום מלוטש. המאגר כולל בקבוק זכוכית אטום-קאפ 1 ליטר עם גז, נוזל (המגיבים) אינלטס ועודפים. להשתמש על מחצה סיליקון עם פקקי בורג הגג הפתוח עבור הוספת הצינורות. לקחת דגימות במהלך התגובה בלי לתת חמצן להזין את הכור, מותקן גם פורקן עם שסתום. יצוין כאן כי samplings על בזמנים קצובים אינם חלק של תהליך הייצור nanocomposite, דגימה רק שצריך לעשות בעבר להשיג. את עקומות הריכוז-זמן עבור כל ערכה של סינתזה פרמטרים (היישום של עקומות אלה יידונו במקטע דיון). המאגר ממוקם בתוך אמבט קרח-מים תוך כדי להיות מעורבים נמרצות על פגים. משאבה מגנטית מסחררת של מגיבים מן המאגר לתא התגובה (תאורה בחלק) ובחזרה המאגר. מגנטי אחד משמש מאז זרימה גבוהה המחירים נחוצים (קצב הזרימה בעבודה זו = 16 L·min-1), משאבות סחרור (או משאבות דומים אחרים) בקושי מספקים אלה זורם. בעת שימוש משאבה מגנטית, להקפיד כדי למלא את המדחף מעטפת (משאבת דיור) עם הנוזל מגיבים לחלוטין, לפנות את כל האוויר לכודה (מקור חמצן). האוויר לכודה יכול גם להקטין את קצב הזרימה האמיתי של המשאבה.
עבור עירור פעמו של החומר photocatalyst, אורך הצינור קוורץ ספציפית מכוסים על ידי רדיד אלומיניום עבה, עוזב שווים באורכם ביניהם חשפו (איור 2). ניתן להתאים את משך עירור פעמו על-ידי שינוי אורך החלקים חשפו (אורך חשיפה). אורך חשיפה אופטימלית נקבע לפי פרמטרים שונים, כגון התשואה קוונטית של photocatalyst וטעינה של המיועד NP (ריכוז מבשרי; ראה דיון).

<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

בעבודה זאת, כור photocatalytic הרומן של עירור פעמו ומבוקר של photocatalyst, בתצהיר מדויק של חלקיקים מתכתיים מפותחת. הנחיות השכפול של הכור ותפעולו ניתנים בפירוט. שלושה מרוכבים מערכות שונות (Pt/גרפן, Pt/TiO2ו- Au/TiO2) עם monodisperse וחלקיקים מבוזרות בצורה אחידה המיוצרים על ידי הכור הזה, מנגנון photodeposition, כמו גם את האסטרטגיה אופטימיזציה של סינתזה, הם דנו. השיטות סינתזה והיבטים טכניים שלהם מתוארים באופן מקיף. התפקיד של המינון אולטרה סגול (UV) (בבכל פעימה עירור) על תהליך photodeposition ייחקר ומסופקים הערכים האופטימלי עבור כל מערכת ללא הפרדות צבע.

XPS היא אחד של טכניקות החזקים ביותר על. שאישרת את היווצרות NPs מתכתי וללמוד מדינות הכימי שלהם. לענין זה, סקר ספקטרה והן ספקטרום ברזולוציה גבוהה (של Pt4f ו- Au4f) נרשמו, שמאשר את צמצום מלאה קטיונים מתכתי ולא מוצלח הפקדת NNPs (איור 3). עבור deconvolution של Pt4f ...

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

עבור סינתזה רציפה, מדרגי של nanocomposites נובל-מתכת מבוססי, כור photocatalytic הרומן מפותח, שלה מבנה, עקרונות פעולה, מוצר באיכות אופטימיזציה אסטרטגיות מתוארים.

כור זרימה רציפה Photocatalytic לתצהיר בדיוק מבוקרת של חלקיקים מתכתיים

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

מרוכבים של מתכות אציליות עם מוליכים או חומרים מוליכים למחצה יש יישומים עצומים החל טכנולוגיה רפואית למערכות המרת אנרגיה, אבל שיטות הסינתזה הקונבנציונליות שלהם אינם מתאימים לייצור מסחרי. לדוגמה, הפחתת מיקרוגל היא טכניקה רבת עוצמה, אבל זה יכול לעבד רק כמה מיליליטר בכל אצווה, בעוד ייצור מסחרי של תאים דלק מבוססי גרפן / פלטינה יצטרך לעבד כמה ליטרים של השעיה בתוך דקות. כדי לטפל בבעיה זו, פיתחנו כור תצהיר פוטו-קלטתי שניתן בקלות לשנות את קנה המידה שלו והוא יכול לפעול ברציפות.במערכת הצילום שלנו, חלקים קטנים מהמגייבים מוארים לפרקי זמן קצרים ומתכווננים. זה מאפשר לנו לשלוט ביעילות בתהליכי הגרעין והצמיחה גם כאשר מדרגים את הכור. כדי להתחיל, לכסות את המשטח הפנימי של צינור אלומיניום 15 ס"מ על ידי 55 ס"מ פוליוויניל כלוריד עם עבה, מלוטש, רדיד אלומיניום מגובה דבק.חלל חמש, 55 ואט מנורות UV-C באופן שווה סביב החלק הפנימי של הצינור. לאחר מכן, לעטוף צינור קוורץ 0.5 ס"מ על ידי 55 ס"מ עם חתיכות של רדיד אלומיניום מגובה דבק כדי ליצור כמה חלונות רחבים באותה מידה במים באופן שווה באמצע הצינור. השאירו 2.5 ס"מ של הצינור חשוף בכל קצה.התקינו את צינור הקוורץ במרכז צינור PVC כדי ליצור את תא התאורה, וחברו צינורות פלסטיק אטומים לכל קצה. לאחר מכן, הר את הצינור אנכית במכסה המנוע של אדים, ותקן מאוורר כבד בקצה התחתון לקירור, הבא, להקים משאבת כונן מגנטי על פלטפורמה מוגבהת עם החלק התחתון של המשאבה מעל החלק העליון של צלחת ערבוב מגנטי. מהדק משפך מפריד של ליטר אחד גבוה יותר מהמשאבה.השתמש צינורות פלסטיק T-הולם אטום כדי לחבר את שקע משפך ההפרדה לראש צינור קוורץ ואת מפרצון המשאבה המגנטית. לאחר מכן, הכנס את הצינור מתחתית צינור הקוורץ ואת שקע המשאבה דרך מחיצה של בקבוק של ליטר אחד מצויד בר ערבוב, כך הקצוות של הצינורות הם שניים עד שלושה סנטימטרים מעל בר מערבבים. הבקבוק הזה יהיה המאגר.לאחר מכן, חבר T-התאמה שסתומי דגימה ופינוי ואורך של צינורות פלסטיק אטומים. הכנס את הצינורות לתוך המאגר, וחבר את שסתום הדגימה להתאמת מזרק. לבסוף, להפעיל קו פליטת גז מהמאגר לבועה מים.כדי להתחיל את הסינתזה, להוסיף שני גרם של גרפיט ו 100 מיליליטר של 98% על ידי חומצה גופרתית משקל לבקבוק ארלנמייר 500 מיליליטר מצויד בר ערבוב מגנטי גדול. מקררים את התערובת ל-10 מעלות בערך באמבט מי קרח תוך כדי ערבוב. לאחר מכן, מוסיפים גרם אחד של אשלגן פרמנganate במהלך דקה אחת תוך ערבוב.תן לתערובת להמשיך לבחוש עוד ארבע דקות. חזור על תהליך זה חמש פעמים נוספות כדי להוסיף סך של שישה גרם במהלך 30 דקות. לאחר התוספת הושלמה, להסיר את האמבטיה, ולהמשיך ערבוב התערובת במשך שש שעות.לאחר מכן, מקררים את התערובת באמבט מי קרח תוך ערבוב במשך 15 דקות. מוסיפים 250 מיליליטר של מים מזוקקים dropwise לתערובת ערבוב. הסר את אמבט מי הקרח, ולהוסיף 10 מיליליטר של מי חמצן dropwise לתערובת ערבוב.לאחר מכן, מוסיפים 20 מיליליטר של מי חמצן בבת אחת, וממשיכים לבחוש בטמפרטורת החדר במשך 30 דקות. צנטריפוגה ההשעיה וכתוצאה מכך ב 3, 500 גרם במשך 15 דקות, ולהשליך את supernatant. מערבבים את המוצקים בליטר אחד של מים מזוקקים במשך 30 דקות, צנטריפוגה אותם שוב, להסיר את supernatant, ולבדוק את ה- pH שלה.לשטוף את המוצקים בדרך זו עד pH על טבעי מגיע חמש. לאחר מכן, לשלב את המשקע שטף עם 500 מיליליטר של חומצה הידרוכלורית טוחה אחת, ומערבבים במשך שעה אחת. לשטוף את המוצר עד pH על טבעי מגיע חמש.מפזרים את המוצקים השחוקים בליטר אחד של מים מזוקקים, ומפזרים את התערובת במשך שלוש שעות בטמפרטורת החדר. צנטריפוגה תערובת תחמוצת גרפן וכתוצאה מכך במשך 15 עד 20 דקות ב 3, 500 גרם בטמפרטורת החדר שלוש פעמים, השלכת המשקע בכל פעם. מעבירים את מתלי תחמוצת גרפן לבקבוק זכוכית כהה או עטוף בנייר כסף.לאחר מכן, שקל שלוש מנות התגבשות יבשות במאזן אנליטי שלוש פעמים כל אחת. לנער את ההשעיה תחמוצת גרפן היטב, ולתת לו להסתפק דקה אחת. לאחר מכן, יוצקים בדיוק 100 מיליליטר של ההשעיה לתוך כל מנה.שומרים את הכלים בתנור בטמפרטורה של 70 עד 80 מעלות עד שתכולתם יבשה לחלוטין. לאחר מכן, לשקול כל מנה שלוש פעמים על אותו איזון אנליטי, ולחשב את המשקל היבש של תחמוצת גרפן בכל מנה. לקבוע את ריכוז ההשעיה מהממוצע של ערכים אלה.לאחר מכן, לדלל את ההשעיה ל 0.2 גרם לליטר, לאט להוסיף אותו לנפח שווה של ארבעה טוחנת נתרן הידרוקסיד. לנפח את התערובת ב 90 מעלות צלזיוס במשך שמונה שעות, ולתת לו להתקרר לטמפרטורת החדר. לשטוף את תחמוצת גרפן מופחת חלקית לזרז עד supernatant מגיע pH שבע עד שמונה, ולאחר מכן לאחסן אותו בבקבוק כהה או עטוף בנייר כסף.הכינו 540 מיליליטר של השעיה של 50 מיליגרם למיליליטר של תחמוצת גרפן מופחתת חלקית במים מזוקקים, וניקטוסו באמבט מי קרח למשך שעה ב-40% חשמל. לאחר מכן, מוסיפים 60 מיליליטר של אתנול בדרגה אנליטית, ומצקים את התערובת באמבט מי קרח למשך שעה נוספת. לאחר מכן, הוסיפו 169 מיקרוליטרים של 8% על ידי חומצה משושים מים במשקל לתערובת גרפן, והמשיכו לבחוש בטמפרטורת החדר במשך 15 דקות.לאחר מכן, יוצקים את התערובת לתוך המשפך המפריד של הכור ולעצור אותו. פתח את stopcock כדי להאכיל את מגיב לתוך המערכת, ומיד לסגור אותו כאשר המשפך ריק כדי לשמור על בועות גז מתוך צינורות. הפעל את המשאבה ב 16 ליטר לדקה, ולהזרים גז חנקן דרך הכור בקצב שמייצר זרם קבוע של בועות.מערבבים את ההשעיה בערך 1,000 סל"ד במשך 30 דקות כדי להסיר חמצן מומס. לאחר מכן, להפחית את זרימת החנקן, ולהדליק את מנורות UV. לאחר חמש דקות, להגדיל את זרימת החנקן, ולחבר מזרק לור לוק 20 מיליליטר לקו המדגם.החזק קלות את בוכנה המזרק כדי למנוע ממנו להיפלט, ולפתוח את שסתום הדגימה. לאסוף 20 מיליליטר של ההשעיה, לסגור את שסתום הדגימה, ולנתק את המזרק. פתח את שסתום פינוי הצינור כדי לשטוף את הצינור, ולאחר מכן לסגור את השסתום ולהפחית את זרימת גז החנקן לרמה הקודמת שלה.צנטריפוגה המדגם ב 10, 000 גרם במשך 10 דקות, ולהניח בצד את העל טבעי לניתוח ריכוז יון מתכת. לשטוף את המוצקים פעמיים על ידי ערבוב ב 20 מיליליטר חלקים של מים מזוקקים צנטריפוגה באותם תנאים. לאחר מכן, לפזר את המוצקים ב 50 מיליליטר של מים מזוקקים על ידי sonication עדין במשך שעה אחת.ממיסים מיליגרם אחד של חומצה אסקורבית בפיזור, ומערבבים את התערובת ב 90 מעלות צלזיוס במשך שעה אחת. לאסוף ולשטוף את המשקע כפי שתואר קודם לכן, ולאחסן את המשקע שטף לאפיון נוסף. ספקטרוסקופיית פוטואלקטרוניקה של קרני רנטגן אישרה שננו-חלקיקי פלטינה וזהב הופקדו בהצלחה על תחמוצת גרפן מופחתת וטיטניום דו-חמצני.Deconvolution של ברזולוציה גבוהה פלטינה 4f וזהב 4f פסגות הראו שום רכיבים שאינם מתכתיים, המציין כי פלטינה ארבעה וזהב שלושה cations הופחת פלטינה אפס וזהב אפס, בהתאמה. מינון התאורה לכל חשיפה, או IDE, היה אופטימיזציה עבור כל מרוכב כדי להשיג חלוקה אחידה יחסית של חלקיקי מתכת אציליים קטנים על המצעים. כאשר IDE היה גבוה מדי, דלדול סביב חלקיקים גדלים disfavored היווצרות של גרעינים בקרבת מקום, וכתוצאה מכך חלקיקים גדולים והפצה בגודל רחב.IDE הותאם על ידי שינוי מספר מנורות UV ואת אזור החשיפה של הכור. כאשר IDE היה נמוך מדי, פוטופוזיציה לא הצליחה, בשל אלקטרונים פוטוסקסואלים מספיק להיווצרות גרעין יציב, כפי שניתן לראות כאן. הרחבת החלונות לשני סנטימטרים יצרה את התנהגות הפוטודפוזיציה הרצויה עבור מרוכב הפלטינה/גרפן.חשיפת צינור הכור כולו הגדילה את קצב הצילום מבלי להתפשר באופן משמעותי על גודל החלקיק והמונודיספרות. תהליך התצהיר נשלט על ידי התוויית עקומות זמן ריכוז בתנאים שונים כדי לזהות את תכנון הכור האופטימלי ואת IDE. ניהול photodeposition באזור זמן ריכוז ליניארי מאפשר איסוף מתמשך של המוצר לאחר זמן מחזור ידוע.למרות שאנו מדגימים את הסינתזה של מרוכבים פלטינה / גרפן, שיטה זו כור יכול לשמש להפקדת מתכות אציליות אחרות על מוליכים למחצה שונים מדי. כור זרימה רציפה זה יכול לשמש גם עבור שיטות סינתזה כימית אחרות שבהן התגובות מופעלות עם אור.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

ניטור בזמן אמת של תגובות בוצעו באמצעות רציפה זרימת עיבוד: הכנת 3-Acetylcoumarin כדוגמא

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

כימית החמקן הפקדת של מגנט אורגני, ונדיום Tetracyanoethylene

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

שיטה פשוטה עבור סינתזת מבוקרת הגודל של אשכולות Oligomeric היציבים של זהב חלקיקים בתנאי סביבה

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

צמיחת פוטו חמצונים של חלקיקים אירידיום תחמוצת על Nanorods CdSe @ התקליטורים

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

פרוטוקול עבור ההפקה של חלקיקי גליאדין-cyanoacrylate לציפוי הידרופיליות

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

כלובי פניאומטיים Microfluidic: גישה חדשנית עבור In-שבב קריסטל שמן, מניפולצית טיפול כימי מבוקרת

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

הצמיחה epitaxial של perovskite סטרונציום Titanate על גרמניום באמצעות הפקדת אטומית Layer

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

ההשפעה של מליטה כימית interfacial ב TiO<sub&gt; 2</sub&gt; -SiO<sub&gt; 2</sub&gt; מרוכבים על הביצועים שלהם NOX photatalyalytic הפחתה

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

זרימה רציפה כימיה: התגובה של Diphenyldiazomethane עם חומצה - Nitrobenzoic p

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

הפקדת סופגים נקבובי על בד תומך

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