Name: synthesis method for cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels
Uploaded: 2019-05-09T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Synthesis Method for Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels at JoVE.com

Авторы благодарны доктору Стивену Бартолуччи и доктору Джошуа Мауреру в Лаборатории Бенета армии США за использование их сканирующего электронного микроскопа. Эта работа была поддержана грантом Фонда исследований развития факультета от Военной академии Соединенных Штатов в Вест-Пойнте.

ВНИМАНИЕ: Проконсультируйтесь со всеми соответствующими листами данных безопасности (SDS) перед использованием. Используйте соответствующие методы безопасности при выполнении химических реакций, чтобы включить использование капота дыма и средств индивидуальной защиты (PPE). Быстрая эв...

<ol>
	<li>Kistler, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Coherent+Expanded+Aerogels+and+Jellies.">Coherent Expanded Aerogels and Jellies.</a> Nature. 127, 741 (1931).</li><li>Du, A., Zhou, B., Zhang, Z., Shen, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+Special+Material+or+a+New+State+of+Matter:+A+Review+and+Reconsideration+of+the+Aerogel.">A Special Material or a New State of Matter: A Review and Reconsideration of the Aerogel.</a> Materials. 6 (3), 941 (2013).</li><li>Tappan, B. C., Steiner, S. A., Luther, E. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoporous+Metal+Foams.">Nanoporous Metal Foams.</a> Angewandte Chemie International Edition. 49 (27), 4544-4565 (2010).</li><li>Bigall, N. C., 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=Hydrogels+and+Aerogels+from+Noble+Metal+Nanoparticles.">Hydrogels and Aerogels from Noble Metal Nanoparticles.</a> Angewandte Chemie International Edition. 48 (51), 9731-9734 (2009).</li><li>Ranmohotti, K. G. S., Gao, X., Arachchige, I. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Salt-Mediated+Self-Assembly+of+Metal+Nanoshells+into+Monolithic+Aerogel+Frameworks.">Salt-Mediated Self-Assembly of Metal Nanoshells into Monolithic Aerogel Frameworks.</a> Chemistry of Materials. 25 (17), 3528-3534 (2013).</li><li>Gao, X., Esteves, R. J., Luong, T. T. H., Jaini, R., Arachchige, I. U. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxidation-Induced+Self-Assembly+of+Ag+Nanoshells+into+Transparent+and+Opaque+Ag+Hydrogels+and+Aerogels.">Oxidation-Induced Self-Assembly of Ag Nanoshells into Transparent and Opaque Ag Hydrogels and Aerogels.</a> Journal of the American Chemical Society. 136 (22), 7993-8002 (2014).</li><li>Herrmann, A. -. K., 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=Multimetallic+Aerogels+by+Template-Free+Self-Assembly+of+Au,+Ag,+Pt,+and+Pd+Nanoparticles.">Multimetallic Aerogels by Template-Free Self-Assembly of Au, Ag, Pt, and Pd Nanoparticles.</a> Chemistry of Materials. 26 (2), 1074-1083 (2014).</li><li>Ding, Y., Chen, M., Erlebacher, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metallic+Mesoporous+Nanocomposites+for+Electrocatalysis.">Metallic Mesoporous Nanocomposites for Electrocatalysis.</a> Journal of the American Chemical Society. 126 (22), 6876-6877 (2004).</li><li>Liu, W., 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=High-Performance+Electrocatalysis+on+Palladium+Aerogels.">High-Performance Electrocatalysis on Palladium Aerogels.</a> Angewandte Chemie International Edition. 51 (23), 5743-5747 (2012).</li><li>Shafaei Douk, A., Saravani, H., Noroozifar, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+assembly+of+building+blocks+for+the+fabrication+of+Pd+aerogel+as+a+high+performance+electrocatalyst+toward+ethanol+oxidation.">Three-dimensional assembly of building blocks for the fabrication of Pd aerogel as a high performance electrocatalyst toward ethanol oxidation.</a> Electrochimica Acta. 275, 182-191 (2018).</li><li>Burpo, F. J., 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=Direct+solution-based+reduction+synthesis+of+Au,+Pd,+and+Pt+aerogels.">Direct solution-based reduction synthesis of Au, Pd, and Pt aerogels.</a> Journal of Materials Research. 32 (22), 4153-4165 (2017).</li><li>Burpo, F. J., 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=A+Rapid+Synthesis+Method+for+Au,+Pd,+and+Pt+Aerogels+Via+Direct+Solution-Based+Reduction.">A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction.</a> JoVE. (136), e57875 (2018).</li><li>Qin, G. W., 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=A+Facile+and+Template-Free+Method+to+Prepare+Mesoporous+Gold+Sponge+and+Its+Pore+Size+Control.">A Facile and Template-Free Method to Prepare Mesoporous Gold Sponge and Its Pore Size Control.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 112 (28), 10352-10358 (2008).</li><li>Hench, L. L., West, J. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Sol-Gel+Process.">The Sol-Gel Process.</a> Chemical Reviews. 90 (1), 33-72 (1990).</li><li>Sotiropoulou, S., Sierra-Sastre, Y., Mark, S. S., Batt, C. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biotemplated+Nanostructured+Materials.">Biotemplated Nanostructured Materials.</a> Chemistry of Materials. 20 (3), 821-834 (2008).</li><li>Huang, J., 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=Bio-inspired+synthesis+of+metal+nanomaterials+and+applications.">Bio-inspired synthesis of metal nanomaterials and applications.</a> Chemical Society Reviews. 44 (17), 6330-6374 (2015).</li><li>Burpo, F. J., Mitropoulos, A. N., Nagelli, E. A., Ryu, M. Y., Palmer, J. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Gelatin+biotemplated+platinum+aerogels.">Gelatin biotemplated platinum aerogels.</a> MRS Advances. 10, 1-6 (2018).</li><li>Jarvis, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellulose+stacks+up.">Cellulose stacks up.</a> Nature. 426, 611 (2003).</li><li>Sir&#243;, I., Plackett, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Microfibrillated+cellulose+and+new+nanocomposite+materials:+a+review.">Microfibrillated cellulose and new nanocomposite materials: a review.</a> Cellulose. 17 (3), 459-494 (2010).</li><li>Dufresne, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanocellulose:+a+new+ageless+bionanomaterial.">Nanocellulose: a new ageless bionanomaterial.</a> Materials Today. 16 (6), 220-227 (2013).</li><li>Grishkewich, N., Mohammed, N., Tang, J., Tam, K. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Recent+advances+in+the+application+of+cellulose+nanocrystals.">Recent advances in the application of cellulose nanocrystals.</a> Current Opinion in Colloid &amp; Interface Science. 29, 32-45 (2017).</li><li>Eyley, S., Thielemans, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surface+modification+of+cellulose+nanocrystals.">Surface modification of cellulose nanocrystals.</a> Nanoscale. 6 (14), 7764-7779 (2014).</li><li>Missoum, K., Belgacem, M., Bras, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanofibrillated+Cellulose+Surface+Modification.">Nanofibrillated Cellulose Surface Modification.</a> A Review. Materials. 6 (5), 1745 (2013).</li><li>Li, Z., Yao, C., Wang, F., Cai, Z., Wang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cellulose+nanofiber-templated+three-dimension+TiO2+hierarchical+nanowire+network+for+photoelectrochemical+photoanode.">Cellulose nanofiber-templated three-dimension TiO2 hierarchical nanowire network for photoelectrochemical photoanode.</a> Nanotechnology. 25 (50), 504005 (2014).</li><li>Hal Koga, ., 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=Uniformly+connected+conductive+networks+on+cellulose+nanofiber+paper+for+transparent+paper+electronics.">Uniformly connected conductive networks on cellulose nanofiber paper for transparent paper electronics.</a> Npg Asia Materials. 6, 93 (2014).</li><li>Fal Burpo, ., 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=Cellulose+Nanofiber+Biotemplated+Palladium+Composite+Aerogels.">Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels.</a> Molecules. 23 (6), 1405 (2018).</li><li>Gu, J., Hu, C., Zhang, W., Dichiara, 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=Reagentless+preparation+of+shape+memory+cellulose+nanofibril+aerogels+decorated+with+Pd+nanoparticles+and+their+application+in+dye+discoloration.">Reagentless preparation of shape memory cellulose nanofibril aerogels decorated with Pd nanoparticles and their application in dye discoloration.</a> Applied Catalysis B: Environmental. 237, 482-490 (2018).</li><li>Coates, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=in+A+Practical+Approach.">in A Practical Approach.</a> In Encyclopedia of Analytical Chemistry .doi:10.1002/9780470027318.a5606 (ed. , (2006).</li><li>Sal Wang, ., 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=Cellulose+nanofiber-assisted+dispersion+of+cellulose+nanocrystals@polyaniline+in+water+and+its+conductive+films).">Cellulose nanofiber-assisted dispersion of cellulose nanocrystals@polyaniline in water and its conductive films).</a> RSC Advances. 6 (12), 10168-10174 (2016).</li><li>Grabarek, Z., Gergely, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Zero-length+crosslinking+procedure+with+the+use+of+active+esters.">Zero-length crosslinking procedure with the use of active esters.</a> Analytical Biochemistry. 185 (1), 131-135 (1990).</li><li>Shabanpour, B., Kazemi, M., Ojagh, S. M., Pourashouri, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bacterial+cellulose+nanofibers+as+reinforce+in+edible+fish+myofibrillar+protein+nanocomposite+films.">Bacterial cellulose nanofibers as reinforce in edible fish myofibrillar protein nanocomposite films.</a> International Journal of Biological Macromolecules. 117, 742-751 (2018).</li><li>Brunauer, B., Emmett, P., Teller, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Adsorption+of+gases+in+multimolecular+layers.">Adsorption of gases in multimolecular layers.</a> Journal of the American Chemical Society. 60, (1938).</li><li>Barrett, E., Joyner, L., Halenda, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+determination+of+pore+volume+and+area+distributions+in+porous+substances.">The determination of pore volume and area distributions in porous substances.</a> I. Computations. 73, (1951).</li></ol>

Представленный здесь благородный метод синтеза нановолокна целлюлозы нановолокна приводит к стабильному аэрогелю композитов с настраиваемым металлическим составом. Ковалентное перекрестное соединение уплотненных целлюлозных нановолокон после центрифугирования приводит к гидрог...

Aerogels, впервые сообщил Кистлер, предлагают пористые структуры порядка величины менее плотной, чем их коллеги сыпучих материалов1,2,3. Благородные металлические аэрогели привлекают научный интерес к их потенциалу в области энергетики и энергии, каталитических и сенсорных приложений. Благородные металлические аэрогели недавно были синтезированы с помощью двух основных стратегий. Одна из стратегий заключается в том, чтобывызвать слияние предварительно сформированных наночастиц 4,5,6,7. Слияние наночастиц из соль-геля может определяться молекулами связующим звеном, изменениями в ионнойпрочности раствора или простой наночастицой поверхности свободной энергии минимизации 7,8,9. Другая стратегия заключается в формировании аэрогелей в одномшаге к сокращению от металлических решений прекурсоров 9,10,11,12,13. Этот подход также был использован для формирования биметаллических и сплавов благородных металлических аэрогелей. Первая стратегия, как правило, медленно и может потребовать до многих недель для наночастиц coalescence14. Подход прямого сокращения, хотя, как правило, более быстрый, страдает от плохого контроля формы над макроскопическим моногелем аэрогеля.
Один из возможных подходов синтеза для решения проблем с контролем благородного металла аэрогеля макроскопической формы и наноструктуры заключается в использовании биотемпляции15. Биотемпляция использует биологические молекулы, начиная от коллагена, желатина, ДНК, вирусов, до целлюлозы, чтобы обеспечить шаблон направления формы для синтеза наноструктур, где в результате металлические наноструктуры берут на геометрию биологический шаблон молекулы16,17. Целлюлозные нановолокна привлекательны как биошаблон, учитывая высокое естественное изобилие целлюлозных материалов, их высокое соотношение сторон линейной геометрии, и способность химически функционализации их глюкозы мономеры18,19, 20,21,22,23. Целлюлозные нановолокна (CNF) были использованы для синтеза трехмерных TiO2 нанопроводов для фотоанодов24, серебряные нанопровода для прозрачной бумажной электроники25, и палладий аэрогеля композиты для катализа26 . Кроме того, tempo-окисленные нановолокна целлюлозы были использованы как в качестве биошаблона, так и в качестве редуктора при приготовлении палладия, украшенного аэрогелями CNF27.
Здесь, метод синтеза целлюлозы нановолокна биошаблонированных палладия композитных аэрогелей представлен26. Хрупкие аэрогели с плохим управлением формой происходит для диапазона благородных методов синтеза металлического аэрогеля. Carboxymethylated целлюлозных нановолокон (CNFs), используемых для формирования ковалентного гидрогеля позволяют сокращение ионов металла, таких как палладий на CNFs, обеспечивая контроль над наноструктурой и макроскопической форме монолита аэрогеля после сверхкритической сушки. Карбоксиметилированный целлюлозно-волокнистый перекрестное соединение достигается с помощью 1-этил-3-(3-диметиламинопропил) карбодиимидгидродида гидрохлорида (EDC) в присутствии этиленедиамин в качестве связующее молекулы между CNFs. Гидрогели CNF поддерживают свою форму на протяжении всего синтеза этапов, включая ковалентные перекрестные ссылки, уравновешенности с ионами прекурсоров, снижение металла с высокой концентрацией, ополчивание в воде, обмен растворителя этанола, и CO2 сверхкритической сушки. Прекурсории ионной концентрации изменения позволяет контролировать окончательное содержание аэрогеля металла через прямое сокращение иона, а не полагаться на относительно медленное слияние предварительно сформированных наночастиц, используемых в методах соль-гель. С диффузией в качестве основы для внедрения и удаления химических видов в и из гидрогеля, этот метод подходит для небольших объемных геометрий и тонких пленок. Характеристика целлюлозы нанофибры-палладия композитных аэрогелей со сканирующей электронной микроскопией, рентгеновской диффрактометрией, термическим гравиметрическим анализом, адсорпированием азотного газа, электрохимической спектроскопией импеданса и циклической вольтэмметрией указывает на высокую площадь поверхности, металлизированную пористую структуру палладия.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" style="width:826px;" width="825">
	<tbody>
		<tr height="62">
			<td height="62" style="height:63px;width:295px;">0.5 mm platinum wire electrode</td>
			<td style="width:132px;">BASi</td>
			<td style="width:123px;">MW-4130</td>
			<td style="width:277px;">Used for auxillery electrode and separately for lacquer coating and use as a working electrode</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:295px;">1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl) carbodiimide hydrochloride (EDC)</td>
			<td style="width:132px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">&#160;1892-57-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:295px;">2-(N-morpholino)ethanesulfonic acid (MES)</td>
			<td style="width:132px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td>117961-21-4&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:295px;">Ag/AgCl (3M NaCl) Reference Electrode</td>
			<td style="width:132px;">BASi</td>
			<td style="width:123px;">MF-2052</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="83">
			<td height="83" style="height:84px;width:295px;">Carboxymethyl cellulose, TEMPO Cellulose Nanofibrils, Dry Powder</td>
			<td style="width:132px;">University of Maine Process Development Center</td>
			<td style="width:123px;">No 8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:295px;">Ethanol, 200 proof</td>
			<td style="width:132px;">PHARMCO-AAPER</td>
			<td style="width:123px;">241000200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:295px;">Ethylenediamine</td>
			<td style="width:132px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">&#160;107-15-3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:295px;">Fourier-Transform Infrared (FTIR) Spectrometer, Frontier</td>
			<td style="width:132px;">Perkin Elmer</td>
			<td style="width:123px;">L1280044</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:295px;">Hydrochloric Acid</td>
			<td style="width:132px;">CORCO</td>
			<td style="width:123px;">7647-01-0</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:25px;width:295px;">Na2PdCl4</td>
			<td style="width:132px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">13820-40-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:25px;width:295px;">NaBH4</td>
			<td style="width:132px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">16940-66-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:25px;width:295px;">Pd(NH3)4Cl2</td>
			<td style="width:132px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:123px;">13933-31-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:295px;">Potentiostat</td>
			<td style="width:132px;">Biologic-USA</td>
			<td style="width:123px;">VMP-3</td>
			<td>Electrochemical analysis-EIS, CV</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:295px;">Scanning Electron Mciroscope (SEM) Helios 600 Nanolab</td>
			<td style="width:132px;">ThermoFisher Scientific</td>
			<td style="width:123px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="24">
			<td height="24" style="height:25px;width:295px;">Supercritical Dryer</td>
			<td style="width:132px;">Leica</td>
			<td style="width:123px;">EM CPD300</td>
			<td>Aerogel supercritical drying with CO2</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:295px;">Surface and Pore Analyzer</td>
			<td style="width:132px;">Quantachrome</td>
			<td style="width:123px;">NOVA 4000e</td>
			<td>Nitrogen gas adsorption</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:295px;">Thermal Gravimetric Analysis</td>
			<td style="width:132px;">TA instruments</td>
			<td style="width:123px;">TGA Q500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:295px;">Ultrasonic Cleaner</td>
			<td style="width:132px;">MTI</td>
			<td style="width:123px;">EQ-VGT-1860QTD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:295px;">XRD</td>
			<td style="width:132px;">PanAlytical</td>
			<td style="width:123px;">Empyrean</td>
			<td>X-ray diffractometry</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis method for cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels

Здесь представлен метод синтеза целлюлозы нановолокна биошаблонированных композитных аэрогелей палладия. Благородные методы синтеза аэрогеля металла часто приводят к хрупким аэрогелям с плохим контролем формы. Использование карбоксиметилированной целлюлозы нановолокна (CNFs) для формирования ковалентно кабального гидрогеля позволяет сократить металлические ионы, такие как палладий на CNFs с контролем над наноструктурой и макроскопической формой монолита аэрогеля после сверхкритической Сушки. Перекрестное соединение карбоксиметилированного целлюлозы нановолокна достигается с помощью 1-этил-3-(3-диметиламинопропил) карбодиамида гидрохлорида (ЭДК) в присутствии этиленедиамин. Гидрогели CNF поддерживают свою форму на протяжении всего синтеза этапов, включая ковалентные перекрестные ссылки, уравновешенности с ионами прекурсоров, снижение металла с высокой концентрацией, ополчивание в воде, обмен растворителя этанола, и CO2 сверхкритической сушки. Изменение концентрации ионного прекурсора палладия позволяет контролировать содержание металла в окончательном аэрогелевом композите путем прямого сокращения ионного химического вещества, а не полагаться на относительно медленный конесценцию предварительно сформированных наночастиц, используемых в других соль-гель методы. С диффузией в качестве основы для внедрения и удаления химических видов в и из гидрогеля, этот метод подходит для небольших объемных геометрий и тонких пленок. Характеристика целлюлозы нанофибры-палладия композитных аэрогелей со сканирующей электронной микроскопией, рентгеновской диффрактометрией, термическим гравиметрическим анализом, адсорпированием азотного газа, электрохимической спектроскопией импеданса и циклической вольтэмметрией указывает на высокую площадь поверхности, металлизированную пористую структуру палладия.

Схема ковалентно перекрестного яблочного нановолокна с ЭДК в присутствии этиленедиамин изображена на рисунке 1. Перекрестное соединение EDC приводит к связи амида между карбоксилом и первичной амин функциональной группой. Учитывая, что карбоксиметилц...

Watch this Scientific Journal Video about Synthesis Method for Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels at JoVE.com

Synthesis Method for Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels

Представлен метод синтеза целлюлозы нановолокна биошаблонированных композитных аэрогелей палладия. Полученные в результате композитные аэрогелиматериалы могут быть связаны с катализом, зондированием и применением водородного газа.

Метод синтеза целлюлозы Нанофибр биошаблонированных палладий композитных аэрогелей

Here, a method to synthesize cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented. Noble metal aerogel synthesis methods often ...

Этот метод с использованием целлюлозы нановофибер биополимер ковалентных гидрогелий для достижения палладий металла аэрогель композитных может быть обобщенным для широкого спектра биополимерных шаблонов и металлов. Этот метод синтеза композитного аэрогеля использует целлюлозные нановофибры в качестве биотемплии для достижения контроля над наноструктурой наноструктуры из паллийного металла и макроскопической формой монолита аэрогеля. Контроль формы и механическая целостность биотемплатных металлических аэрогелей должны облегчить применение катализа, хранения энергии и зондирования.Этот метод может быть применен для дальнейшей разработки биополимерных шаблонов углеродного металла и для достижения лучшего контроля трехмерных наноструктур в композитных аэрогелевых материалах. Для приготовления раствора целлюлозной нановофиберы сначала смешайте 1,5 грамма карбоксиметиловой целлюлозы нановолетов с 50 миллилитров деионизированной воды. После встряхивания, вихрь раствор в течение одной минуты, а затем 24-часовой инкубации в ванне sonicator при температуре окружающей среды, чтобы обеспечить полное смешивание.На следующее утро добавьте 0,959 грамма ЭДК и 0,195 грамма буфера МЕУ до 2,833 миллилитров деионизированной воды. Затем отрегулируйте окончательный объем до 10 миллилитров и рН 4,5 с одномололярной соляной кислотой и деионизированной водой. Затем перенесите 0,25 миллилитров 3%-целлюлозного раствора нановофибры в каждую из шести трубок микрофуга и от осадки нановонфильщиков центрифугированием.Используйте пипетку, чтобы аспирировать избыток воды над уплотненной нановофиберой, избегая при этом контакта с верхней поверхностью. Добавьте один миллилитр EDC и диаминового перекрестного раствора над уплотненной целлюлозной нановонфиберой в каждой микрофуге-трубке. Подождите, по крайней мере 24 часов для перекрестного раствора для диффузного через гели, чтобы пересвоеть целлюлозы нановофиберы.Затем, аспирировать перекрестный раствор supernatant из микрофуза труб, и погрузить микрофуги труб в один литр деионизированной воды, по крайней мере 24 часов с крышками открыты, чтобы удалить излишки перекрестного раствора изнутри гидрогели нановофибры. На следующий день добавьте приблизительно 0,5 миллилитров раствора нановофиберной пленки 3%-целлюлозы в деионизированной воде к стадии образца инфракрасного спектрометра Fourier-transform и просканирует процентную передачу на 650-4000 сантиметров. Чтобы подготовить раствор палладия, вихрь 10 миллилитров одномядерного хлорида аммония палладия в течение 15 секунд, прежде чем разбавить раствор до одноми миллилитровых объемов в одной, 10, 50, 100, 500 и 1000-миллимолярной концентрации в деионизированной воде.Затем добавьте один миллилитр каждого разбавления в верхней части отдельных образцов нановоперибера целлюлозы и позвольте растворам палладия уравночные в пределах гидрогелов в течение 24 часов. На следующий день, подготовить 60 миллилитров двух-молярного борогидрида натрия и пипетки 10 миллилитров в каждый из шести 15-миллилитровых конических труб в дым капот, и передать трубки палладия equilibrated целлюлозы нановолет гидрогели на дым капот. Ношение соответствующего оборудования личной защиты, инвертировать один микроцентрифуг трубки и осторожно нажмите трубку, чтобы удалить гидрогель, используя плоские пинцеты для передачи гидрогеля в одну из труб борогидрида натрия.Через 24 часа перенесите каждый уменьшенный гидрогель во второй 24-часовой, 0,5-молярный раствор борогидрида натрия, прежде чем оповестить целлюлозные нановофиберно-палладиевые композитные гели в 50 миллилитров деионизированной воды в новых конических трубках. Обмен деионизированной воды после 12 часов, и позволяют гели промыть, по крайней мере еще 12 часов. Затем используйте плоские пинцеты для переноса промытых целлюлозных нановофибер-палладийных гелей на последовательные 50-миллилитровые объемы 25%50%75% и 100%этаноловые растворы по крайней мере шесть часов на раствор.После последнего обмена растворителя высушите гидрогели в сверхкритической сушилке с углекислым газом, с установленной точкой 35 градусов по Цельсию и 1200 фунтов на квадратный дюйм. Когда сушка завершена, дайте камере уравночные по крайней мере 12 часов, прежде чем открыть сушилку для удаления аэрогели. Чтобы охарактеризовать композитные аэрогели путем сканирования электронной микроскопии, используйте лезвие бритвы, чтобы разрезать каждый гель на один-два миллиметра толщиной разделов, и использовать углеродную ленту, чтобы исправить тонкий образец пленки на сканирование электронного микроскопа образца заглушки.Загрузите заглушку на микроскоп и используйте начальное ускоряющееся напряжение в 15 киловольт и ток луча от 2,7 до 5,4 пикоампов для изображения образца. Чтобы проанализировать аэрогели с помощью рентгеновской дифрактометрии, поместите целлюлозный аэрогель нановофибер-палладий в держатель образца и выровняете верхнюю часть аэрогеля с верхней частью держателя. Затем выполните рентгеновское сканирование дифракции для дифракционных углов два theta от пяти до 90 градусов при 45 киловольтах и 40 миллиампер с медным K-альфа-излучением, два шага в 0130 градусов и 20 секунд в шаге.Для термического гравиметрического анализа поместите образец аэрогеля в тигле прибора и выполните анализ, пропуская азотный газ на 60 миллилитров в минуту с нагреванием при температуре 10 градусов в минуту от температуры окружающей среды до 700 градусов по Цельсию. Для аудирования газа азота, дегазации образцов в течение 24 часов при комнатной температуре, прежде чем использовать азот при минус 196 градусов по Цельсию в качестве испытательного газа с equilibration раз для adorption и desorption 60 и 120 секунд, соответственно. Для электрохимической характеристики, погрузить образцы аэрогеля в 0,5-молярной серной кислоты электролита в течение 24 часов, прежде чем поместить лак покрытием проволоки с одним миллиметром подвергаются кончик в контакте с верхней поверхности аэрогеля в нижней части электрохимического флакона.Затем используйте трех электродную ячейку с серебристым/серебряным хлоридом диаметром 0,5 миллиметра, вспомогательный счетчик-электрод с покрытием лака 0,5-миллиметрового диаметра, работающий на платине, для выполнения электрохимического импульса спектроскопия от одного мегагерца до одного миллигерца с 10-миллиметровой синусовой волной и циклической вольтамметрией с диапазоном напряжения от минус 0,2 до 1,2 вольт со скоростью сканирования 10, 25 лет, 50 и 75 милливольт в секунду. Четырехэнергетерная инфракрасная спектроскопия может быть выполнена, как это было продемонстрировано для подтверждения перекрестного скрещивания целлюлозы нанофиберного гидрогеля. Здесь показаны ковалентно взаимосвязанные целлюлозные гидрогели нановоперы до и после эквивалентности в различных концентрациях хлорида аммония палладия или хлорида палладия натрия.Здесь, снижение целлюлозы нановофибер-палладий гели показаны до и после сверхкритической аэрогеля композитной сушки. В целом, аэрогели представляют собой взаимосвязанные фибрилляжные связки с увеличением размера наночастиц, что коррелирует с увеличением концентрации раствора палладия путем сканирования электронной микроскопии. Рентгеновские спектры дифрактометрии для гидрида палладия и палладия становятся более запутанными с увеличением концентрации синтеза палладия до тех пор, пока спектры больше не будут различимы на 1000 миллимоляре, что коррелирует с увеличением диаметров наночастиц, наблюдаемым при сканировании электронной микроскопии.Термогравиметрический спектральный анализ показывает увеличение содержания металла в клеточных нановофибер-палладий композитных аэрогелях по мере увеличения концентрации раствора синтеза палладия. Данные физики демонстрируют тип IV adorption-desorption isotherm, указывающий на мезопорную и макропорную структуру, а анализ размера пор Barrett-Joyner-Halenda указывает на уменьшение частоты мезопоров по мере увеличения содержания аэрогеля палладия. Спектры спектроскопии электрохимического импульса иллюстрируют низкое сопротивление переносу заряда и двухслойную емкость для клеточного нановофибер-палладия композитного аэрогеля.Кроме того, циклические сканирование вольтамметрии указывают на то, что водородная асорпция и десорпция при потенциале менее нуля вольт, а также характерные пики окисления и сокращения палладия, более 0,5 вольт. Не забудьте промыть гели с инкрементными концентрациями воды и этанола, как осмотический отек от больших различий концентрации может разорвать гидрогель. Включение других материалов, таких как графен и углеродные нанотрубки для композитных биотемпластов, может быть возможным для достижения большей механической долговечности и проводимости аэрогелей.Использование целлюлозных нановофиберных ковалентных гидрогелей для достижения пористых металлических композитных аэрогелей предлагает маршрут синтеза для других благородных и переходных металлических материалов в различных форм-факторах. Высокие концентрации аквеозного борогидрида натрия приводит к выработке легковоспламеняющегося водородного газа. Важно, чтобы электрохимически уменьшить образцы в хорошо проветриваемой области, вдали от открытого пламени.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Towards Biomimicking Wood: Fabricated Free-standing Films of Nanocellulose, Lignin, and a Synthetic Polycation

К Biomimicking Вуд: сварная свободно стоящие фильмы Nanocellulose, лигнин, и синтетический поликатиона

Woody materials are comprised of plant cell walls that contain a layered secondary cell wall composed of structural polymers of polysaccharides and ...

Synthesis of Indoxyl-glycosides for Detection of Glycosidase Activities

Синтез индоксил-гликозидов для обнаружения гликозидазой деятельности

Indoxyl glycosides proved to be valuable and versatile tools for monitoring glycosidase activities. Indoxyls are released by enzymatic hydrolysis and are ...

A Simple Method for the Size Controlled Synthesis of Stable Oligomeric Clusters of Gold Nanoparticles under Ambient Conditions

Простой метод для размера контролируемого синтеза стабильных олигомерных кластеров наночастиц золота в условиях окружающей среды

Reducing dilute aqueous HAuCl4 with sodium thiocyanate (NaSCN) under alkaline conditions produces 2 to 3 nm diameter nanoparticles. Stable grape-like ...

Preparation of Biopolymer Aerogels Using Green Solvents

Приготовление биополимера аэрогели с помощью зеленого Растворители

Although the first reports on aerogels made by Kistler1 in the 1930s dealt with aerogels from both inorganic oxides (silica and others) and biopolymers ...

Hydroquinone Based Synthesis of Gold Nanorods

Гидрохинон основе Синтез наностержней золота

Gold nanorods are an important kind of nanoparticles characterized by peculiar plasmonic properties. Despite their widespread use in nanotechnology, the ...

Palladium N-Heterocyclic Carbene Complexes: Synthesis from Benzimidazolium Salts and Catalytic Activity in Carbon-carbon Bond-forming Reactions

Palladium N-Heterocyclic Carbene Complexes: Synthesis from Benzimidazolium Salts and Catalytic Activity in Carbon-carbon Bond-forming Reactions

палладий<em&gt; N</em&gt; -Гетероциклические карбеновые комплексы: синтез из бензимидазолиевых солей и каталитическая активность в углерод-углеродных связующих реакциях

Detailed and generalized protocols are presented for the synthesis and subsequent purification of four palladium N-heterocyclic carbene complexes from ...

Chemical Precipitation Method for the Synthesis of Nb2O5 Modified Bulk Nickel Catalysts with High Specific Surface Area

Chemical Precipitation Method for the Synthesis of Nb2O5 Modified Bulk Nickel Catalysts with High Specific Surface Area

Метод химического осаждения для синтеза Nb2O5 изменение массовых никель катализаторов с высокой удельной площади поверхности

We demonstrate a method for the synthesis of NixNb1-xO catalysts with sponge-like and fold-like nanostructures. By varying the Nb:Ni ratio, a series of ...

Fabrication and Testing of Catalytic Aerogels Prepared Via Rapid Supercritical Extraction

Изготовление и испытания каталитического аэрогели, подготовлен через быстрое сверхкритической экстракции

Protocols for preparing and testing catalytic aerogels by incorporating metal species into silica and alumina aerogel platforms are presented. Three ...

Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles

Лиганд опосредованной зарождения и роста наночастиц металла палладия

The size, size distribution and stability of colloidal nanoparticles are greatly affected by the presence of capping ligands. Despite the key contribution ...