Name: a continuous-flow photocatalytic reactor for the precisely controlled deposition of metallic nanoparticles
Uploaded: 2019-04-10T12:30:00
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Gli autori vorrei ringraziare Sabanci University e laboratori federali svizzeri per e scienza dei materiali (Empa) per tutto il supporto fornito.

1. realizzazione e funzionamento del reattore fotocatalitico deposizione
Attenzione: Quando sono accese le lampade UV, uso di occhiali protettivi UV-C.
<ol><li>
Fabbricazione del reattore fotocatalitico deposizione
	<ol>
<li>Coprire la superficie interna di un tubo di cloruro di polivinile (PVC) (diametro x lunghezza = 15 x 55 cm; altri materiali possono anche essere usati) con un foglio di alluminio di spessore, lucido e adesiva. Installare cinque 55 W UV-C lampade (Vedi <s...

<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>

Le nanoparticelle sono la forma più ampiamente usata di catalizzatori a base di metallo nobile. In quasi tutti i casi, NNPs sono depositati su un conduttore o un materiale semiconduttore supporto. Questa ibridazione avviene principalmente mediante la riduzione dei cationi del metallo nobile in presenza del substrato previsto (materiale). Quindi, un metodo di sintesi riuscita per la produzione di nanocompositi basati su NNP dovrebbe soddisfare almeno due requisiti principali: 1) la riduzione dei cationi deve essere effic...

Nanoparticelle metalliche, soprattutto metalli nobili (ad es., Pt, Au, Pd) ha vaste applicazioni in catalisi1. In generale, diminuire le dimensioni delle nanoparticelle (NPs) aumenta la loro attività catalitica pur mantenendo costante il costo (peso), ma rende anche più difficile l'applicazione. Dei criteri di rete (solitamente più piccoli di 10 nm) hanno la grande tendenza all'aggregazione, che degrada la loro attività catalitica; Tuttavia, immobilizzazione su substrati adatti per la maggior parte può risolvere il problema. Inoltre, a seconda del tipo di applicazione (ad es., elettrocatalisi), a volte è necessario immobilizzare il NPs su substrati conduttivi2,3. Dei criteri di rete può anche essere ibridati con semiconduttori per formare una barriera di Schottky ed evitare (ritardo) l'elettrone-lacuna ricombinazione (agendo come trappole di elettrone)4,5. Quindi, nella maggior parte delle applicazioni, il nobile metallo NPs (NNPs) sono depositati su un conduttore (ad es., grafene) o un semiconduttore (ad es., TiO2) substrato. In entrambi i casi, cationi metallici vengono generalmente ridotte in presenza di substrato, e la tecnica di riduzione differisce da un metodo a altro.
Per la deposizione di NNPs tramite una riduzione dei loro cationi, elettroni (con adeguato potenziale elettrico) dovrebbero essere forniti. Che può essere fatto in due modi: dall'ossidazione di altre specie chimiche (un agente riducente)6,7 , o da una fonte di alimentazione esterna8. In ogni caso, per la deposizione omogenea di monodispersed dei criteri di rete, è necessario imporre uno stretto controllo sulla generazione e il trasferimento degli elettroni (riduzione). Questo è molto difficile quando un agente riducente viene utilizzato poiché non vi è praticamente nessun controllo sul processo di riduzione, una volta che i reattivi (cationi e riducente) sono mescolati. Inoltre, NPs può formare ovunque e non necessariamente sul substrato bersaglio. Quando si utilizza una fonte di alimentazione esterna, il controllo sul numero degli elettroni forniti è molto meglio, ma dei criteri di rete possono essere depositati solo su una superficie di elettrodo.
Fotocatalitico deposizione (PD) è un approccio alternativo, che offre un maggiore controllo sul numero di (foto) generato elettroni, poiché essa è direttamente correlata alla dose dei fotoni luminosi (con una lunghezza d'onda corretta). In questo metodo, il materiale del substrato ha un duplice ruolo; fornisce la riduzione di elettroni9 e stabilizza il formato NPs10. Inoltre, forma di NPs solo sul substrato poiché gli elettroni vengono generati dal substrato. Un corretto collegamento elettrico tra componenti in composito (fatto con il metodo di riduzione fotocatalitico) è garantito anche11. Tuttavia, nei metodi di deposizione di fotocatalitico convenzionale in cui l'intero lotto di reagenti (fotocatalizzatore e metallo catione) è illuminato contemporaneamente, non c'è nessun controllo sopra la nucleazione del NNPs. Infatti, una volta che si formano alcune particelle (nuclei), agiscono come siti di trasferimento preferito per gli elettroni fotogenerati5 e agire come un sito di crescita preferito. Questo trasferimento di elettroni superior promuove la crescita delle particelle esistenti e disapprovazioni la formazione di nuovi nuclei, che provoca la formazione di grandi NNPs. Questo problema può essere affrontato mediante l'illuminazione ad impulsi di luce in un reattore di flusso continuo speciale (Figura 1) che recentemente è stato sviluppato dal nostro gruppo12UV. La caratteristica unica di questo reattore è che permette ai ricercatori di controllare entrambi NP-dimensione-determinando i fattori, vale a dire, la nucleazione e la crescita. In questo reattore, una porzione molto piccola dei reagenti è illuminata per un brevissimo periodo di tempo, promuovendo la formazione di nuclei (più nuclei sono formati) e limitando la crescita (le particelle più piccole vengono raggiunti). In questo metodo, controllando la dose di illuminazione (cioè, regolando la durata di esposizione [modifica la lunghezza delle parti scoperte del tubo di reazione; Figura 1 C] o l'intensità della luce incidente [numero delle lampade]), può essere esercitato un controllo molto preciso il numero di elettroni fotogenerati e, di conseguenza, il processo di riduzione (deposizione di NNP).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58883/58883fig1.jpg"> Figura 1 : Il reattore di deposizione di fabbricato fotocatalitica. (A) il reattore. (B) all'interno della camera di illuminazione. (C), A tubo di quarzo con lunghezza di 5 cm x 1 cm illuminazione dell'esposizione. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58883/58883fig1large.jpg" target="_blank">Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.</a>
Nonostante le grandi potenzialità del metodo PD per la deposizione controllata di NNPs, la sua applicazione è limitata ai materiali semiconduttori. Fortunatamente, è possibile aprire un gap di banda larga in grafene (uno dei migliori conduttori substrati13) dalla sua funzionalizzazione chimica semplice. In seguito, questi gruppi funzionali (FGs) può essere rimossa e il grafene risultante sarà ancora sufficientemente conduttivo per la maggior parte delle applicazioni. Tra i numerosi derivati funzionalizzati di grafene, grafene ossido (GO), che esibisce notevoli semiconduttore proprietà14, è il candidato più promettente per questo scopo. Questo è dovuto principalmente al fatto che la produzione di GO presenta la più alta produzione di rendimento tra gli altri. Tuttavia, poiché GO è costituito da diversi tipi di FGs, la sua composizione chimica varia continuamente sotto illuminazione UV. Abbiamo recentemente dimostrato che da una rimozione selettiva di FGs debolmente legato (riduzione parziale; PRGO), la struttura chimica e proprietà elettroniche di GO può essere stabilizzato, che è un requisito essenziale per deposizioni omogenee del NNPs12. In questo rapporto, descriviamo la struttura del reattore e forniscono informazioni dettagliate per la replica e il suo funzionamento. Il meccanismo di deposizione (meccanismo del reattore di lavoro) e strategie di ottimizzazione possibile inoltre sono discussi in dettaglio. Per convalidare l'applicabilità del PD sviluppati reattore per entrambi i tipi di substrati comuni (conduttore e semiconduttori) e diversi NNPs, la deposizione di platino su PRGO e TiO2, così come di oro su TiO2, è dimostrato. Vale la pena nota che mediante un'opportuna selezione di metallo, fotocatalizzatore e precursore materiali (ad es., sale, foro dell'organismo saprofago) e il media di dispersione, parecchie altre particelle metalliche (ad esempio Ag e Pd15) possono anche essere depositati. In linea di principio-poiché, in photodeposition di NNPs, i cationi del metallo sono ridotti il fotoeccitate elettroni, il livello di energia della banda di conduzione del semiconduttore minimo (CBM) deve corrispondere con (essere più negativo che) il potenziale di riduzione del cationi mirati. A causa degli aspetti della vasta produzione tecnica, la sintesi di PRGO inoltre è descritto in dettaglio. Per ulteriori informazioni riguardanti la struttura chimica e proprietà elettroniche di PRGO, fare riferimento al precedente lavoro12.
La struttura dettagliata del reattore è rappresentata schematicamente nella Figura 2. Il reattore ha due componenti principali: un'illuminazione UV e un vano serbatoio. La sezione di illuminazione è costituito da un tubo di quarzo, che è riparato esattamente lungo l'asse centrale di un tubo cilindrico con un rivestimento in alluminio lucidato. Il serbatoio è costituito da una bottiglia di vetro tappo sigillato 1L con gas e liquido (reagenti) ingressi e uscite. Utilizzare un setto di silicio con un tappo a vite coperchio per l'inserimento dei tubi. Per prelevare campioni durante la reazione senza lasciando ossigeno entrare il reattore, viene installata anche una presa di corrente con una valvola. Va ricordato qui che le campionature su intervalli di tempo specifici non fanno parte del processo di produzione di nanocompositi, e solo di campionamento deve essere fatto una volta per ottenere le curve di concentrazione-tempo per ogni set di parametri di sintesi (l'applicazione di Queste curve saranno discussi nella sezione discussione). Il serbatoio è posizionato all'interno di un bagno di acqua ghiacciata mentre essere mescolato energicamente su un agitatore magnetico. Una pompa magnetica circola il reattivo dal serbatoio alla camera di reazione (sezione illuminazione) e torna al serbatoio. Un magnetico uno è usato poiché sono necessarie alte portate (la portata in questo lavoro = 16 espirati-1) e pompe peristaltiche (o altre simili pompe) difficilmente possono fornire tali flussi. Quando si utilizza una pompa magnetica, cura dovrebbe essere presa completamente riempire la girante involucro (corpo pompa) con il liquido reagente ed evacuare eventuali aria intrappolata (fonte di ossigeno). L'aria intrappolata può anche diminuire la portata reale della pompa.
Per un'eccitazione pulsata del materiale fotocatalizzatore, specifiche lunghezze del tubo di quarzo sono coperti da una lamina di alluminio di spessore, lasciando lunghezze uguali tra di loro scoperti (Figura 2). La durata dell'eccitazione pulsato può essere regolata modificando la lunghezza delle parti scoperte (durata dell'esposizione). La durata ottimale dell'esposizione è determinata da diversi parametri, quali il rendimento quantico del fotocatalizzatore e il carico previsto di NP (concentrazione dei precursori; si veda discussione).

<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 questo lavoro, un reattore di romanzo fotocatalitico per l'eccitazione pulsata e controllata del fotocatalizzatore e la precisa deposizione di nanoparticelle metalliche è sviluppato. Linee guida per la replica del reattore e il suo funzionamento sono fornite in dettaglio. Tre diversi sistemi compositi (Pt/grafene, Pt/TiO2e Au/TiO2) con monodisperse e distribuite in modo uniforme le particelle sono prodotte da questo reattore e il meccanismo di photodeposition, come pure la strategia di ottimizzazione di sintesi, sono discussi. I metodi di sintesi e loro aspetti tecnici sono descritti esaurientemente. Il ruolo della dose (UV) ultravioletto (in ogni impulso di eccitazione) sul processo di photodeposition è studiato e vengono forniti i valori ottimali per ciascun sistema composito.

XPS è una delle tecniche più potenti per la conferma della formazione di NPs metallico e studio loro Stati chimici. Per questo scopo, sono stati registrati sia indagine spettri e spettri ad alta risoluzione (di Pt4f e Au4f), che conferma la completa riduzione dei cationi metallici e successo deposizione di NNPs (Figura 3). Per la deconvoluzione di Pt4f e Au4f, inizialmente, una sottrazione di sfondo Shirley è sta...

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

Per una sintesi di continua e scalabile dei nanocompositi basati su noble-metallo, un reattore di romanzo fotocatalitico è sviluppato e struttura, principi di funzionamento e strategie di ottimizzazione qualità prodotto sono descritti.

Un reattore di flusso continuo fotocatalitica di precisamente controllato deposizione di nanoparticelle metalliche

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

I compositi di metalli nobili con materiali conduttori o semiconduttori hanno vaste applicazioni che vanno dalla tecnologia medica ai sistemi di conversione dell'energia, ma i loro metodi di sintesi convenzionali non sono adatti per la produzione commerciale. Ad esempio, la riduzione delle microonde è una tecnica potente, ma può elaborare solo pochi millilitri in ogni lotto, mentre la produzione commerciale di celle a combustibile a base di grafene / platino dovrebbe elaborare diversi litri di sospensione in pochi minuti. Per risolvere questo problema, abbiamo sviluppato un reattore a deposizione fotocatalitica che è facilmente scalabile e può funzionare continuamente.Nel nostro sistema di fotodeposizione, piccole porzioni dei reagenti vengono illuminate per brevi periodi di tempo regolabili. Questo ci consente di controllare in modo efficiente i processi di nucleazione e crescita anche quando si scala il reattore. Per iniziare, coprire la superficie interna di un tubo di cloruro di polivinile di 15 centimetri per 55 centimetri con un foglio di alluminio spesso, lucido e sostenuto dall'adesivo.Spazio cinque lampade UV-C da 55 watt uniformemente intorno all'interno del tubo. Quindi, avvolgere un tubo di quarzo di 0,5 centimetri per 55 centimetri con pezzi di foglio di alluminio sostenuto da adesivo per formare diverse finestre ugualmente larghe distanziate uniformemente al centro del tubo. Lasciare esposti 2,5 centimetri del tubo ad ogni estremità.Installare il tubo di quarzo al centro del tubo in PVC per formare la camera di illuminazione e collegare tubi di plastica opachi ad ogni estremità. Quindi, montare il tubo verticalmente in una cappa aspirante e fissare una ventola per impieghi gravosi all'estremità inferiore per il raffreddamento, Successivamente, impostare una pompa di azionamento magnetico su una piattaforma rialzata con il fondo della pompa sopra la parte superiore di una piastra di agitazione magnetica. Blocca un imbuto separatore da un litro appena più in alto della pompa.Utilizzare un raccordo a T e tubi di plastica opachi per collegare l'uscita separatoria dell'imbuto alla parte superiore del tubo di quarzo e all'ingresso della pompa magnetica. Quindi, inserire il tubo dal fondo del tubo di quarzo e l'uscita della pompa attraverso il setto di una bottiglia da un litro dotata di una barra di agitazione in modo che le estremità dei tubi siano da due a tre centimetri sopra la barra di agitazione. Questa bottiglia sarà il serbatoio.Successivamente, collegare un raccordo a T alle valvole di campionamento ed evacuazione e una lunghezza di tubi di plastica opachi. Inserire il tubo nel serbatoio e collegare la valvola di campionamento a un raccordo a siringa. Infine, eseguire una linea di scarico del gas dal serbatoio a una bolla d'acqua.Per iniziare la sintesi, aggiungere due grammi di grafite e 100 millilitri del 98% in peso acido solforico a un pallone Erlenmeyer da 500 millilitri dotato di una grande barra di agitazione magnetica. Raffreddare la miscela a circa zero gradi Celsius in un bagno di acqua ghiacciata durante l'agitazione. Quindi, aggiungere un grammo di permanganato di potassio nel corso di un minuto durante l'agitazione.Lasciare che la miscela continui a mescolare per altri quattro minuti. Ripeti questo processo altre cinque volte per aggiungere un totale di sei grammi nel corso di 30 minuti. Una volta completata l'aggiunta, rimuovere il bagno e continuare a mescolare la miscela per sei ore.Quindi, raffreddare la miscela in un bagno di acqua ghiacciata mescolando per 15 minuti. Aggiungere 250 millilitri di acqua distillata dropwise alla miscela di agitazione. Rimuovere il bagno di acqua ghiacciata e aggiungere 10 millilitri di perossido di idrogeno dropwise alla miscela di agitazione.Quindi, aggiungere 20 millilitri di perossido di idrogeno tutto in una volta e continuare a mescolare a temperatura ambiente per 30 minuti. Centrifugare la sospensione risultante a 3.500 g per 15 minuti e scartare il supernatante. Mescolare i solidi in un litro di acqua distillata per 30 minuti, centrifugarli di nuovo, rimuovere il supernatante e controllarne il pH.Lavare i solidi in questo modo fino a quando il pH supernatante raggiunge i cinque. Quindi, unire il precipitato lavato con 500 millilitri di acido cloridrico molare e mescolare per un'ora. Lavare il prodotto fino a quando il pH supernatante raggiunge i cinque.Disperdere i solidi lavati in un litro di acqua distillata e sonicare la miscela per tre ore a circa temperatura ambiente. Centrifugare la miscela di ossido di grafene risultante per 15-20 minuti a 3.500 g a temperatura ambiente tre volte, scartando il precipitato ogni volta. Trasferire la sospensione di ossido di grafene in una bottiglia di vetro colorata o avvolta in lamina.Successivamente, pesare tre piatti di cristallizzazione a secco su un equilibrio analitico tre volte ciascuno. Agitare bene la sospensione dell'ossido di grafene e lasciarla depositare per un minuto. Quindi, versare esattamente 100 millilitri della sospensione in ogni piatto.Conservare i piatti in forno a 70-80 gradi Celsius fino a quando il loro contenuto non è completamente asciutto. Quindi, pesare ogni piatto tre volte sullo stesso equilibrio analitico e calcolare il peso secco dell'ossido di grafene in ogni piatto. Determinare la concentrazione della sospensione dalla media di questi valori.Quindi, diluire la sospensione a 0,2 grammi per litro e aggiungerla lentamente a un volume uguale di idrossido di sodio a quattro molari. Refluisci la miscela a 90 gradi Celsius per otto ore e lasciala raffreddare a temperatura ambiente. Lavare il precipitato di ossido di grafene parzialmente ridotto fino a quando il supernatante raggiunge il pH da sette a otto, quindi conservarlo in una bottiglia colorata o avvolta in un foglio.Preparare 540 millilitri di una sospensione da 50 milligrammi per millilitro di ossido di grafene parzialmente ridotto in acqua distillata e sonicarlo in un bagno di acqua ghiacciata per un'ora con una potenza del 40%. Quindi, aggiungere 60 millilitri di etanolo di grado analitico e sonicare la miscela in un bagno di acqua ghiacciata per un'altra ora. Aggiungere quindi 169 microlitri dell'8% in peso di acido esaclorooplatinico acquoso alla miscela di grafene e continuare a mescolare a temperatura ambiente per 15 minuti.Quindi, versare la miscela nell'imbuto separatorio del reattore e fermarlo. Aprire il fermaflutti per alimentare il reagente nel sistema e chiuderlo immediatamente quando l'imbuto è vuoto per tenere le bolle di gas fuori dai tubi. Far funzionare la pompa a 16 litri al minuto e far scorrere il gas azoto attraverso il reattore ad una velocità che produce un flusso costante di bolle.Mescolare la sospensione a circa 1.000 giri/min per 30 minuti per rimuovere l'ossigeno disciolto. Quindi, ridurre il flusso di azoto e accendere le lampade UV. Dopo cinque minuti, aumentare il flusso di azoto e collegare una siringa Luer-Lok da 20 millilitri alla linea del campione.Tenere leggermente lo stantuffo per evitare che venga espulso e aprire la valvola di campionamento. Raccogliere 20 millilitri della sospensione, chiudere la valvola di campionamento e staccare la siringa. Aprire la valvola di evacuazione del tubo per sciacquare i tubi, quindi chiudere la valvola e ridurre il flusso di gas azoto al livello precedente.Centrifugare il campione a 10.000 g per 10 minuti e mettere da parte il supernatante per l'analisi della concentrazione di catione metallico. Lavare i solidi due volte mescolando in porzioni da 20 millilitri di acqua distillata e centrifugando nelle stesse condizioni. Successivamente, disperdere i solidi in 50 millilitri di acqua distillata per una leggera sonicazione per un'ora.Sciogliere un milligrammo di acido ascorbico nella dispersione e mescolare la miscela a 90 gradi Celsius per un'ora. Raccogliere e lavare il precipitato come descritto in precedenza e conservare il precipitato lavato per un'ulteriore caratterizzazione. La spettroscopia fotoelettronica a raggi X ha confermato che le nanoparticelle di platino e oro sono state depositate con successo su ossido di grafene ridotto e biossido di titanio.La deconvoluzione dei picchi 4f in platino ad alta risoluzione e oro 4f non ha mostrato componenti non metallici, il che indica che le tre formazioni in platino quattro e oro erano state ridotte rispettivamente a zero platino e oro zero. La dose di illuminazione per esposizione, o IDE, è stata ottimizzata per ogni composito per ottenere una distribuzione relativamente uniforme di piccole nanoparticelle metalliche nobili sui substrati. Quando l'IDE era troppo alto, l'esaurimento intorno alle particelle in crescita sfavorì la formazione di nuclei nelle vicinanze, con conseguente grandi particelle e distribuzioni di grandi dimensioni.L'IDE è stato regolato modificando il numero di lampade UV e l'area di esposizione del reattore. Quando l'IDE era troppo basso, la fotodeposizione non ebbe successo, a causa dell'insufficiente elettrone fotoecitato per la formazione stabile del nucleo, come si vede qui. L'allargamento delle finestre a due centimetri ha prodotto il comportamento di fotodeposizione desiderato per il composito platino/grafene.L'esposizione dell'intero tubo del reattore ha aumentato il tasso di fotodeposizione senza compromettere significativamente la dimensione delle particelle e la monodispersità. Il processo di deposizione è controllato tracciando le curve del tempo di concentrazione in varie condizioni per identificare la progettazione ottimale del reattore e l'IDE. Condurre la fotodeposizione nella regione del tempo di concentrazione lineare consente la raccolta continua del prodotto dopo un tempo di circolazione noto.Sebbene dimostriamo la sintesi dei compositi platino/grafene, questo metodo e reattore possono essere utilizzati anche per la deposizione di altri metalli nobili su vari semiconduttori. Questo reattore a flusso continuo può essere utilizzato anche per altri metodi di sintesi chimica in cui le reazioni vengono iniziate con la luce.

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