Name: a continuous-flow photocatalytic reactor for the precisely controlled deposition of metallic nanoparticles
Uploaded: 2019-04-10T12:30:00
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Los autores desean agradecer a la Universidad Sabanci y laboratorios federales suizos para materiales de ciencia y tecnología (Empa) por todo el apoyo brindado.

1. fabricación y operación del reactor fotocatalítico de deposición
PRECAUCIÓN: Cuando se encienden las lámparas Ultravioleta, use gafas de protección UV-C.
<ol><li>
Fabricación del reactor fotocatalítico de deposición
	<ol>
<li>Cubrir la superficie interior de un tubo de cloruro de polivinilo (PVC) (diámetro x longitud = 15 cm x 55 cm; también pueden usarse otros materiales) con una papel de aluminio grueso, pulido y adhesivo. Instalar cinco 55 lámparas UV-C W ...

<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>

Las nanopartículas son la forma más ampliamente utilizada de catalizadores con base de metal noble. En casi todos los casos, NNPs se depositan en un conductor o un material de apoyo de semiconductores. Esta hibridación se realiza principalmente por la reducción de los cationes del metal noble en presencia del sustrato previsto (material). Por lo tanto, un método de síntesis acertada para la producción de nanocompuestos basados en NNP debe cumplir al menos dos requisitos principales: 1) la reducción de los catione...

Nanopartículas metálicas, especialmente metales nobles (por ejemplo, Pt, Au, Pd) tienen grandes aplicaciones en catálisis1. En general, disminuyendo el tamaño de las nanopartículas (NPs) aumenta su actividad catalítica manteniendo la constante de costo (de peso), pero también hace más difícil su aplicación. NPs (generalmente menor de 10 nm) tienen gran tendencia a la agregación, que degrada su actividad catalítica; sin embargo, la inmovilización en sustratos adecuados sobre todo puede resolver este problema. Además, dependiendo del tipo de aplicación (por ejemplo, Electrocatálisis), a veces es necesario inmovilizar el NPs en substratos conductivos2,3. NPs pueden también ser cruzado por hibridación con los semiconductores que forman una barrera de Schottky y evitar (demora) la electrón-hueco recombinación (actuando como trampas del electrón)4,5. Por lo tanto, en la mayoría de las aplicaciones, el metal noble NPs (NNPs) son depositados en un conductor (por ejemplo, el grafeno) o un semiconductores (por ejemplo, TiO2) sustrato. En ambos casos, cationes del metal generalmente se reducen en presencia del sustrato y la técnica de reducción varía entre un método y otro.
Para la deposición de NNPs mediante una reducción de sus cationes, deben proporcionar electrones (con potencial eléctrico adecuado). Eso se puede hacer de dos maneras: por la oxidación de otra especie química (agente reductor)6,7 o desde una fuente de alimentación externa8. En cualquier caso, para la deposición homogénea de generación NPs, es necesario imponer un estricto control sobre la generación y transferencia de los electrones (reducción). Esto es muy difícil cuando se utiliza un agente reductor ya que no hay prácticamente ningún control sobre el proceso de reducción una vez que se mezclan los reactivos (cationes y agente de reducción). Además, el NPs pueden formar en cualquier lugar y no necesariamente en el substrato objetivo. Cuando se utiliza una fuente de energía externa, el control sobre el número de electrones siempre es mucho mejor, pero NPs sólo pueden ser depositados en una superficie de electrodo.
Fotocatalítica (PD) es un enfoque alternativo, que ofrece más controlan sobre el número de la (foto) genera electrones puesto que está directamente relacionada con la dosis de los fotones luminosos (con una longitud de onda apropiada). En este método, el material de sustrato tiene un doble papel; proporciona la reducción de electrones9 y estabiliza el formado de NPs10. Por otra parte, NPs forma solamente en el substrato puesto que los electrones son generados por el sustrato. Una conexión eléctrica adecuada entre componentes compuestos (hecho por el método de reducción fotocatalítica) también está garantizada11. Sin embargo, en fotocatalítica convencionales métodos de deposición en la que toda la masa de reactantes (fotocatalizador y metal Catión) se ilumina al mismo tiempo, no hay ningún control sobre la nucleación de las NNPs. De hecho, una vez que se forman unas partículas (núcleos), actúan como sitios recomendado: transferencia de los electrones fotogenerados del5 y actuar como un sitio de crecimiento preferido. Esta transferencia de electrones superior promueve el crecimiento de las partículas existentes y desaprobaciones de la formación de nuevos núcleos, que se traduce en la formación de grandes NNPs. Este problema puede ser abordado mediante la iluminación pulsos de luz en un reactor de flujo continuo especial (figura 1) que recientemente ha sido desarrollado por nuestro grupo12UV. La característica única de este reactor es que permite a los investigadores controlar ambos factores determinantes de tamaño NP, es decir, nucleación y crecimiento. En este reactor, una porción muy pequeña de reactantes se ilumina durante un período muy corto de tiempo, promoviendo la formación de núcleos (núcleos más se forman) y limitar el crecimiento (las partículas más pequeñas se alcanzan). En este método, mediante el control de la dosis de iluminación (es decir, ajustando la duración de la exposición [cambiando la longitud de las partes al descubierto del tubo de reacción; Figura 1 C] o la intensidad de la luz incidente [número de las luces]), puede ejercer un control muy preciso sobre el número de electrones fotogenerados y, consecuentemente, en el proceso de reducción (deposición de NNP).
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/58883/58883fig1.jpg"> Figura 1 : El reactor de deposición fotocatalítica fabricada. (A) el reactor. (B) dentro de la cámara de iluminación. (C) A tubo de cuarzo con la longitud de exposición de iluminación de 5 cm x 1 cm. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/58883/58883fig1large.jpg" target="_blank">Haga clic aquí para ver una versión más grande de esta figura.</a>
A pesar del gran potencial del método para la deposición controlada de NNPs PD, su aplicación está limitada a materiales semiconductores. Afortunadamente, es posible abrir una brecha de banda ancha en el grafeno (una de la mejor realización de sustratos13) por su funcionalización química simple. Después, estos grupos funcionales (FGs) puede quitarse sobre todo y el grafeno resultante seguirá siendo lo suficientemente conductiva para la mayoría de las aplicaciones. Entre los numerosos derivados funcionalizados de grafeno, de oxido de grafeno (ir), que exhibe considerable de propiedades semiconductoras14, es el candidato más prometedor para este propósito. Esto es principalmente debido a la producción de GO tiene la mayor producción de rendimiento entre otros. Sin embargo, puesto que ir consisten de diferentes tipos de FGs, su composición química varía continuamente bajo iluminación UV. Recientemente hemos demostrado por una eliminación selectiva de FGs servidumbre débil (reducción parcial; PRGO), la estructura química y propiedades electrónicas de ir pueden ser estabilizados, que es un requisito esencial para deposiciones homogéneas de NNPs12. En este informe, describimos la estructura del reactor y proporcionar información detallada para su replicación y funcionamiento. El mecanismo de deposición (mecanismo del reactor en funcionamiento) y estrategias de optimización posibles se discuten en gran detalle. Para validar la aplicabilidad de la EP desarrollado reactor para ambos tipos de sustratos comunes (conductores y semiconductores) y diferentes NNPs, la deposición de platino en PRGO y TiO2, así como de oro el TiO2, se demuestra. Es de destacar que una adecuada selección de metal, photocatalyst precursor materiales (por ejemplo, sal, limpiador de agujero) y los medios de dispersión, varias otras partículas metálicas (como Ag y EP15) pueden también ser depositados. En principio-ya que, en el photodeposition de NNPs, los cationes del metal se reducen por el los electrones fotoexcitados nivel de energía de la banda de conducción del semiconductor mínima (CBM) debe coincidir con (ser más negativo que) el potencial de reducción de la objetivo de cationes. Debido a los aspectos de la gran producción técnica, la síntesis de PRGO también es descrita en detalle. Para mayor información sobre la estructura química y propiedades electrónicas de PRGO, consulte anterior trabajo12.
La estructura detallada del reactor se representa esquemáticamente en la figura 2. El reactor tiene dos componentes principales: una iluminación UV y un compartimento de depósito. La sección de iluminación consiste en un tubo de cuarzo, que se fija exactamente en el eje central de un tubo cilíndrico con un revestimiento de aluminio pulido. El depósito consiste en una botella de vidrio de tapa sellada de 1 L con gas y líquido (reactantes) entradas y salidas. Utilizar un tabique de silicona con un tapón de rosca de la tapa abierta para insertar los tubos. Para tomar muestras durante la reacción sin dejar entrar en el reactor de oxígeno, también se instala una toma de corriente con una válvula. Cabe mencionar aquí que los muestreos a intervalos de tiempo específicos no forman parte del proceso de producción de nanocompuestos y muestreo sólo debe hacerse una vez para obtener las curvas de concentración-tiempo para cada conjunto de parámetros de síntesis (la aplicación de Estas curvas se discutirá en la sección discusión). El depósito se coloca dentro de un baño de agua helada mientras se mezclan vigorosamente en un agitador magnético. Una bomba magnética circula el reactivo del depósito a la cámara de reacción (sección de iluminación) y hacia el depósito. Un magnético se utiliza ya que las tasas de flujo alto son necesarias (la tasa de flujo en este trabajo = 16 L·min-1) y otras bombas similares (o bombas peristálticas) apenas pueden proporcionar esos flujos. Cuando se utiliza una bomba magnética, se debe tener cuidado completamente llena el impulsor cubierta (carcasa de la bomba) con el líquido reactivo y evacuar el aire atrapado (fuente de oxígeno). El aire atrapado también puede disminuir la tasa de flujo real de la bomba.
Para una excitación pulsada del material fotocatalizador, específicas longitudes del tubo de cuarzo están cubiertos por una papel de aluminio grueso, dejando longitudes iguales entre ellas descubierta (figura 2). La duración de la excitación pulsada puede ajustarse cambiando la longitud de las piezas al descubierto (longitud de la exposición). La longitud de exposición óptima está determinada por varios parámetros, tales como la producción de quántum de fotocatalizador y la carga prevista de NP (concentración de los precursores; ver discusión).

<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

En este trabajo, se desarrolla un reactor fotocatalítico novela para la excitación pulsada y controlada del fotocatalizador y la exacta deposición de nanopartículas metálicas. Se proporcionan directrices para la replicación del reactor y su funcionamiento en detalle. Tres diferentes sistemas compuestos (Pt/graphene, Pt/TiO2y Au/TiO2) monodispersa y uniformemente distribuidas partículas son producidos por este reactor y el mecanismo de photodeposition, así como la estrategia de optimización de síntesis, se discuten. Los métodos de síntesis y sus aspectos técnicos se describen exhaustivamente. Se investiga el papel de la dosis (UV) ultravioleta (en cada impulso de excitación) en el proceso de photodeposition y se proporcionan los valores óptimos para cada sistema compuesto.

XPS es una de las más poderosas técnicas para confirmar la formación de NPs metálicas y estudiar sus Estados químicos. Para ello, se registraron espectros de encuesta y espectros de alta resolución (de Pt4f y Au4f), que confirma la reducción completa de los cationes metálicos y deposición exitosa de NNPs (figura 3). Para la deconvolución de Pt4f y Au4f, inicialmente, una sustracción de fondo Shirley fue r...

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

Para una síntesis continua y escalable de nanocompuestos de base de metal noble, un reactor fotocatalítico de novela se desarrolla y se describen su estructura, principios de operación y estrategias de optimización de calidad de producto.

Un Reactor fotocatalítico de flujo continuo para la deposición precisamente controlada de nanopartículas metálicas

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

Los compuestos de metales nobles con materiales conductores o semiconductores tienen grandes aplicaciones que van desde la tecnología médica hasta los sistemas de conversión de energía, pero sus métodos de síntesis convencionales no son adecuados para la producción comercial. Por ejemplo, la reducción de microondas es una técnica poderosa, pero sólo puede procesar unos pocos mililitros en cada lote, mientras que la producción comercial de pilas de combustible basadas en grafeno/platino tendría que procesar varios litros de suspensión en minutos. Para abordar este problema, hemos desarrollado un reactor de deposición fotocatalítica que es fácilmente escalable y puede funcionar continuamente.En nuestro sistema de fotodeposición, pequeñas porciones de los reactivos se iluminan durante períodos cortos y ajustables de tiempo. Esto nos permite controlar eficientemente los procesos de nucleación y crecimiento incluso al escalar el reactor. Para empezar, cubra la superficie interior de un tubo de cloruro de polivinilo de 15 centímetros por 55 centímetros con papel de aluminio grueso, pulido y con respaldo adhesivo.Espacio de cinco lámparas UV-C de 55 vatios uniformemente alrededor del interior de la tubería. A continuación, envuelva un tubo de cuarzo de 0,5 centímetros por 55 centímetros con trozos de papel de aluminio con respaldo adhesivo para formar varias ventanas igualmente anchas espaciadas uniformemente en el centro del tubo. Deje 2,5 centímetros del tubo expuesto en cada extremo.Instale el tubo de cuarzo en el centro del tubo de PVC para formar la cámara de iluminación y conecte tubos de plástico opaco a cada extremo. A continuación, monte el tubo verticalmente en una campana de humo, y fije un ventilador de servicio pesado en el extremo inferior para la refrigeración, Siguiente, configure una bomba de accionamiento magnético en una plataforma elevada con la parte inferior de la bomba por encima de la parte superior de una placa de agitación magnética. Sujete un embudo separador de un litro justo más alto que la bomba.Utilice un tubo de plástico opaco y de ajuste en T para conectar la salida del embudo separador a la parte superior del tubo de cuarzo y la entrada de la bomba magnética. A continuación, inserte el tubo desde la parte inferior del tubo de cuarzo y la salida de la bomba a través del tabique de una botella de un litro equipada con una barra de agitación para que los extremos del tubo estén de dos a tres centímetros por encima de la barra de agitación. Esta botella será el depósito.A continuación, conecte un accesorio en T a las válvulas de muestreo y evacuación y una longitud de tubo de plástico opaco. Inserte el tubo en el depósito y conecte la válvula de muestreo a un accesorio de jeringa. Por último, ejecute una línea de escape de gas desde el depósito hasta un burbujeador de agua.Para comenzar la síntesis, añada dos gramos de grafito y 100 mililitros de ácido sulfúrico del 98% en peso a un matraz Erlenmeyer de 500 mililitros equipado con una gran barra de agitación magnética. Enfríe la mezcla a unos cero grados centígrados en un baño de agua helada mientras se agita. Luego, agregue un gramo de permanganato de potasio en el transcurso de un minuto mientras se agita.Dejar que la mezcla continúe revolviendo durante otros cuatro minutos. Repita este proceso cinco veces más para añadir un total de seis gramos en el transcurso de 30 minutos. Una vez completada la adición, retire el baño y continúe revolviendo la mezcla durante seis horas.Luego, enfríe la mezcla en un baño de agua helada mientras remueve durante 15 minutos. Agregue 250 mililitros de agua destilada por gota a la mezcla de agitación. Retire el baño de agua helada y agregue 10 mililitros de peróxido de hidrógeno en la mezcla de agitación.Luego, agregue 20 mililitros de peróxido de hidrógeno a la vez, y continúe revolviendo a temperatura ambiente durante 30 minutos. Centrifugar la suspensión resultante a 3.500 g durante 15 minutos y deseche el sobrenadante. Revuelva los sólidos en un litro de agua destilada durante 30 minutos, centrifugarlos de nuevo, retire el sobrenadante y compruebe su pH.Lave los sólidos de esta manera hasta que el pH del sobrenadante alcance los cinco. A continuación, combine el precipitado lavado con 500 mililitros de ácido clorhídrico de un molar y revuelva durante una hora. Lave el producto hasta que el pH del sobrenadante alcance los cinco.Dispersar los sólidos lavados en un litro de agua destilada, y sonicar la mezcla durante tres horas aproximadamente a la temperatura ambiente. Centrifugar la mezcla de óxido de grafeno resultante durante 15 a 20 minutos a 3.500 g a temperatura ambiente tres veces, descartando el precipitado cada vez. Transfiera la suspensión de óxido de grafeno a una botella de vidrio tintada o envuelta en papel de aluminio.A continuación, pesar tres platos de cristalización seca en un equilibrio analítico tres veces cada uno. Agitar bien la suspensión del óxido de grafeno y dejar que se asiente durante un minuto. Luego, vierta exactamente 100 mililitros de la suspensión en cada plato.Mantenga los platos en un horno a 70 a 80 grados centígrados hasta que su contenido esté completamente seco. Luego, pesa cada plato tres veces en el mismo equilibrio analítico, y calcula el peso seco del óxido de grafeno en cada plato. Determinar la concentración de la suspensión a partir de la media de estos valores.A continuación, diluir la suspensión a 0,2 gramos por litro, y añadir lentamente a un volumen igual de hidróxido de sodio de cuatro molares. Reflujo la mezcla a 90 grados centígrados durante ocho horas, y déjela enfriar a temperatura ambiente. Lave el precipitado de óxido de grafeno parcialmente reducido hasta que el sobrenadante alcance el pH de siete a ocho, y luego guárdelo en una botella tintada o envuelta en papel de aluminio.Preparar 540 mililitros de una suspensión de 50 miligramos por mililitro de óxido de grafeno parcialmente reducido en agua destilada, y sonicarlo en un baño de agua helada durante una hora a una potencia del 40%. Luego, agregue 60 mililitros de etanol de grado analítico, y sonice la mezcla en un baño de agua helada durante otra hora. A continuación, añadir 169 microlitros de 8% en peso ácido hexacloroplatínico a la mezcla de grafeno, y continuar revolviendo a temperatura ambiente durante 15 minutos.A continuación, vierta la mezcla en el embudo separador del reactor y tapéelo. Abra el llave para alimentar al reactivo en el sistema, e inmediatamente ciérrelo cuando el embudo esté vacío para mantener las burbujas de gas fuera del tubo. Ejecute la bomba a 16 litros por minuto y fluya gas nitrógeno a través del reactor a una velocidad que produzca un flujo constante de burbujas.Revuelva la suspensión a aproximadamente 1.000 rpm durante 30 minutos para eliminar el oxígeno disuelto. A continuación, reduzca el flujo de nitrógeno y encienda las lámparas UV. Después de cinco minutos, aumente el flujo de nitrógeno y conecte una jeringa Luer-Lok de 20 mililitros a la línea de muestreo.Sujete ligeramente el émbolo de la jeringa para evitar que se expulse y abra la válvula de muestreo. Recoja 20 mililitros de la suspensión, cierre la válvula de muestreo y desconecte la jeringa. Abra la válvula de evacuación del tubo para vaciar el tubo, y luego cierre la válvula y reduzca el flujo de gas nitrógeno a su nivel anterior.Centrifugar la muestra a 10.000 g durante 10 minutos y reservar el sobrenadante para el análisis de concentración de catiónicos metálicos. Lave los sólidos dos veces revolviendo en porciones de 20 mililitros de agua destilada y centrifugando en las mismas condiciones. Después de eso, dispersar los sólidos en 50 mililitros de agua destilada por sonicación suave durante una hora.Disolver un miligramo de ácido ascórbico en la dispersión, y agitar la mezcla a 90 grados Celsius durante una hora. Recoger y lavar el precipitado como se describió anteriormente, y almacenar el precipitado lavado para una posterior caracterización. La espectroscopia de fotoelectrón de rayos X confirmó que las nanopartículas de platino y oro se depositaron con éxito en la reducción del óxido de grafeno y el dióxido de titanio.La desconvolución de los picos de platino 4f y oro 4f de alta resolución no mostró componentes no metálicos, lo que indica que las tres cationes de platino y oro se habían reducido a platino cero y oro cero, respectivamente. La dosis de iluminación por exposición, o IDE, se optimizó para cada compuesto para lograr una distribución relativamente uniforme de pequeñas nanopartículas metálicas nobles sobre los sustratos. Cuando el IDE era demasiado alto, el agotamiento alrededor de las partículas en crecimiento desfavoró la formación de núcleos cerca, lo que resultó en partículas grandes y distribuciones de gran tamaño.El IDE se ajustó alterando el número de lámparas UV y el área de exposición del reactor. Cuando el IDE era demasiado bajo, la fotodeposición no tuvo éxito, debido a los electrones fotoexcitados insuficientes para la formación de núcleos estables, como se ve aquí. La ampliación de las ventanas a dos centímetros produjo el comportamiento de fotodeposición deseado para el compuesto de platino/grafeno.La exposición de todo el tubo del reactor aumentó la tasa de fotodeposición sin comprometer significativamente el tamaño de las partículas y la monodispersidad. El proceso de deposición se controla trazando curvas de tiempo de concentración bajo diversas condiciones para identificar el diseño óptimo del reactor y el IDE. La realización de la fotodeposición en la región de tiempo de concentración lineal permite la recolección continua del producto después de un tiempo de circulación conocido.Aunque demostramos la síntesis de compuestos de platino/grafeno, este método y reactor se pueden utilizar para la deposición de otros metales nobles en varios semiconductores también. Este reactor de flujo continuo también se puede utilizar para otros métodos de síntesis química en los que las reacciones se inician con luz.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

Monitoreo en tiempo real de reacciones realizadas Utilizando Procesamiento de flujo continuo: La Preparación de 3-Acetylcoumarin como ejemplo

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 ...

Investigación

Química

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

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