Name: a salt-templated synthesis method for porous platinum-based macrobeams and macrotubes
Uploaded: 2020-05-18T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about A Salt-Templated Synthesis Method for Porous Platinum-based Macrobeams and Macrotubes at JoVE.com

Ces travaux ont été financés par une subvention du United States Military Academy Faculty Development Research Fund. Les auteurs sont reconnaissants de l’aide du Dr Christopher Haines au U.S. Army Combat Capabilities Development Command. Les auteurs aimeraient également remercier Joshua Maurer pour l’utilisation de la FIB-SEM au CCDC-Armaments Center de l’armée américaine à Watervliet, New York.

MISE EN GARDE : Consultez toutes les fiches de données pertinentes sur la sécurité chimique (SDS) avant de les utiliser. Utilisez les pratiques de sécurité appropriées lors de l’exécution de réactions chimiques, pour inclure l’utilisation d’une hotte de fumée et de l’équipement de protection individuelle. L’évolution rapide du gaz hydrogène pendant la réduction électrochimique peut provoquer une forte pression dans les tubes de réaction, ce qui provoque l’explosion de bouchons et la pulvérisat...

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	<li>Chen, A., Holt-Hindle, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Platinum-Based+Nanostructured+Materials:+Synthesis,+Properties,+and+Applications.">Platinum-Based Nanostructured Materials: Synthesis, Properties, and Applications.</a> Chemical Reviews. 110 (6), 3767-3804 (2010).</li><li>Narayanan, R., El-Sayed, M. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shape-Dependent+Catalytic+Activity+of+Platinum+Nanoparticles+in+Colloidal+Solution.">Shape-Dependent Catalytic Activity of Platinum Nanoparticles in Colloidal Solution.</a> Nano Letters. 4 (7), 1343-1348 (2004).</li><li>Wang, C., Daimon, H., Onodera, T., Koda, T., Sun, 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+General+Approach+to+the+Size+and+Shape-Controlled+Synthesis+of+Platinum+Nanoparticles+and+Their+Catalytic+Reduction+of+Oxygen.">A General Approach to the Size and Shape-Controlled Synthesis of Platinum Nanoparticles and Their Catalytic Reduction of Oxygen.</a> Angewandte Chemie International Edition. 47 (19), 3588-3591 (2008).</li><li>Song, 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=Synthesis+of+Platinum+Nanowire+Networks+Using+a+Soft+Template.">Synthesis of Platinum Nanowire Networks Using a Soft Template.</a> Nano Letters. 7 (12), 3650-3655 (2007).</li><li>Liu, L., Yoo, S. H., Park, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Synthesis+of+Vertically+Aligned+Hollow+Platinum+Nanotubes+with+Single+Crystalline+Nanoflakes.">Synthesis of Vertically Aligned Hollow Platinum Nanotubes with Single Crystalline Nanoflakes.</a> Chemistry of Materials. 22 (8), 2681-2684 (2010).</li><li>Ehrburger, P., Mahajan, O. P., Walker, P. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Carbon+as+a+support+for+catalysts:+I.+Effect+of+surface+heterogeneity+of+carbon+on+dispersion+of+platinum.">Carbon as a support for catalysts: I. Effect of surface heterogeneity of carbon on dispersion of platinum.</a> Journal of Catalysis. 43 (1), 61-67 (1976).</li><li>Liu, H. 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=A+review+of+anode+catalysis+in+the+direct+methanol+fuel+cell.">A review of anode catalysis in the direct methanol fuel cell.</a> Journal of Power Sources. 155 (2), 95-110 (2006).</li><li>Zhang, 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=A+review+of+platinum-based+catalyst+layer+degradation+in+proton+exchange+membrane+fuel+cells.">A review of platinum-based catalyst layer degradation in proton exchange membrane fuel cells.</a> Journal of Power Sources. 194 (2), 588-600 (2009).</li><li>Wei, L., et al. <a target="_blank" 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href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Porous+Aerogels+from+Shape-Controlled+Metal+Nanoparticles+Directly+from+Nonpolar+Colloidal+Solution.">Porous Aerogels from Shape-Controlled Metal Nanoparticles Directly from Nonpolar Colloidal Solution.</a> Chemistry of Materials. 29 (21), 9208-9217 (2017).</li><li>Du, R., 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=Emerging+Noble+Metal+Aerogels:+State+of+the+Art+and+a+Look+Forward.">Emerging Noble Metal Aerogels: State of the Art and a Look Forward.</a> Matter. 1 (1), 39-56 (2019).</li><li>Qiu, X., 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=Template-engaged+synthesis+of+hollow+porous+platinum&#8211;palladium+alloy+nanospheres+for+efficient+methanol+electro-oxidation.">Template-engaged synthesis of hollow porous platinum&#8211;palladium alloy nanospheres for efficient methanol electro-oxidation.</a> Journal of Power Sources. 302, 195-201 (2016).</li><li>Yamauchi, 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=Electrochemical+Synthesis+of+Mesoporous+Pt&#8211;Au+Binary+Alloys+with+Tunable+Compositions+for+Enhancement+of+Electrochemical+Performance.">Electrochemical Synthesis of Mesoporous Pt&#8211;Au Binary Alloys with Tunable Compositions for Enhancement of Electrochemical Performance.</a> Journal of the American Chemical Society. 134 (11), 5100-5109 (2012).</li><li>Lim, B., et al. <a target="_blank" 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href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+seed-mediated+approach+to+the+morphology-controlled+synthesis+of+bimetallic+copper-platinum+alloy+nanoparticles+with+enhanced+electrocatalytic+performance+for+the+methanol+oxidation+reaction.">A seed-mediated approach to the morphology-controlled synthesis of bimetallic copper-platinum alloy nanoparticles with enhanced electrocatalytic performance for the methanol oxidation reaction.</a> Journal of Power Sources. 286, 488-494 (2015).</li><li>Xu, 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=Nanotubular+Mesoporous+PdCu+Bimetallic+Electrocatalysts+toward+Oxygen+Reduction+Reaction.">Nanotubular Mesoporous PdCu Bimetallic Electrocatalysts toward Oxygen Reduction Reaction.</a> Chemistry of Materials. 21 (14), 3110-3116 (2009).</li><li>Xu, D., 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=Solution-Based+Evolution+and+Enhanced+Methanol+Oxidation+Activity+of+Monodisperse+Platinum-Copper+Nanocubes.">Solution-Based Evolution and Enhanced Methanol Oxidation Activity of Monodisperse Platinum-Copper Nanocubes.</a> Angewandte Chemie International Edition. 48 (23), 4217-4221 (2009).</li><li>Stamenkovic, V. 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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> Journal of Visualized Experiments. (136), e57875 (2018).</li><li>Burpo, F. J., Mitropoulos, A. N., Nagelli, E. A., Ryu, M. Y., Palmer, J. 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(147), e59176 (2019).</li><li>Mitropoulos, A. N., 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=Metal+Composite+Porous+Silk+Fibroin+Aerogel+Fibers.">Metal Composite Porous Silk Fibroin Aerogel Fibers.</a> Materials. 12 (6), 894 (2019).</li><li>Xiao, X., 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=Salt-Templated+Synthesis+of+2D+Metallic+MoN+and+Other+Nitrides.">Salt-Templated Synthesis of 2D Metallic MoN and Other Nitrides.</a> ACS Nano. 11 (2), 2180-2186 (2017).</li><li>Xiao, X., 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=Scalable+salt-templated+synthesis+of+two-dimensional+transition+metal+oxides.">Scalable salt-templated synthesis of two-dimensional transition metal oxides.</a> Nature Communications. 7, 11296 (2016).</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=Salt-Templated+Hierarchically+Porous+Platinum+Macrotube+Synthesis.">Salt-Templated Hierarchically Porous Platinum Macrotube Synthesis.</a> Chemistry Select. 3 (16), 4542-4546 (2018).</li><li>Burpo, F., Nagelli, E., Morris, L., Woronowicz, K., Mitropoulos, A. <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+Au-Cu+Nanofoam+and+Au-Cu-Pd+Porous+Macrobeam+Synthesis.">Salt-Mediated Au-Cu Nanofoam and Au-Cu-Pd Porous Macrobeam Synthesis.</a> Molecules. 23 (7), 1701 (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=Salt-templated+platinum-palladium+porous+macrobeam+synthesis.">Salt-templated platinum-palladium porous macrobeam synthesis.</a> MRS Communications. 9 (1), 280-287 (2019).</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=Salt-Templated+Platinum-Copper+Porous+Macrobeams+for+Ethanol+Oxidation.">Salt-Templated Platinum-Copper Porous Macrobeams for Ethanol Oxidation.</a> Catalysts. 9 (8), 662 (2019).</li><li>Magnus, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ueber+einige+Verbindungen+des+Platinchlor&#252;rs.">Ueber einige Verbindungen des Platinchlor&#252;rs.</a> Annalen der Physik. 90 (10), 239-242 (1828).</li><li>Vauquelin, N. 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Cette méthode de synthèse démontre une approche simple et relativement rapide pour atteindre des macrotubes et des macrofaiteurs à base de platine de surface haute surface avec nanostructure tunable et composition élémentaire qui peuvent être pressés dans des films indépendants sans matériaux de liaison requis. L’utilisation des dérivés du sel de Magnus comme modèles en forme d’aiguille à rapport d’aspect élevé fournit les moyens de contrôler la composition métallique résultante par stoichiométr...

De nombreuses méthodes de synthèse ont été mises au point pour obtenir des matériaux poreux à base de platine à haute surface, principalement pour des applications de catalyse, y compris les piles àcombustible 1. Une stratégie pour atteindre de tels matériaux est de synthétiser les nanoparticules monodisperses sous forme de sphères, cubes, fils et tubes2,3,4,5. Pour intégrer les nanoparticules discrètes dans une structure poreuse pour un dispositif fonctionnel, des liants polymériques et des additifs de carbonesont souvent nécessaires 6,7. Cette stratégie nécessite des étapes de traitement supplémentaires, du temps, et peut conduire à une diminution des performances spécifiques à la masse, ainsi que l’agglomération de nanoparticules lors de l’utilisation prolongée del’appareil 8. Une autre stratégie consiste à conduire la coalescence des nanoparticules synthétisées dans un gel métallique avec séchage supercritiqueultérieur 9,10,11. Alors que les progrès dans l’approche de synthèse sol-gel pour les métaux nobles a réduit le temps de gelation de semaines à aussi vite que des heures ou des minutes, les monolithes qui en résultent ont tendance à être mécaniquement fragiles en empiilant leur utilisation pratique dans les dispositifs12.
Les nanostructures poreuses tridimensionnelles en alliage platine et multi-métalliques offrent une tunabilité pour la spécificité catalytique, ainsi que pour faire face au coût élevé et à la rareté relative duplatine 13,14. Bien qu’il y ait eu de nombreux rapports de platine-palladium15,16 et platine-cuivre17,18,19 nanostructures discrètes, ainsi que d’autres combinaisons d’alliage20, il ya eu peu de stratégies de synthèse pour atteindre une technique basée sur des solutions pour l’alliage de platine tridimensionnel et des structures multi-métalliques.
Récemment, nous avons démontré l’utilisation de solutions de sel à haute concentration et de réduire les agents pour produire rapidement de l’or, du palladium et des gels métalliquesplatine 21,22. Les solutions de sel à haute concentration et les agents réducteurs ont également été utilisés pour synthétiser les composites métalliques nobles biopolymères à l’aide de gélatine, cellulose etsoie 23,24,25,26. Les sels insolubles représentent les concentrations les plus élevées d’ions disponibles pour être réduits et ont été utilisés par Xiao et ses collègues pour démontrer la synthèse des oxydes métalliques bidimensionnels27,28. S’étendant sur la démonstration des aérogels et des composites en métal noble poreux des solutions de sel à haute concentration, et tirant parti de la haute densité des ions disponibles des sels insolubles, nous avons employé les sels et les dérivés de Magnus comme modèles de forme pour synthétiser les macrotubes et les macrofèams en métal noble poreux29,30,31,32.
Les sels de Magnus s’assemblent à partir de l’ajout d’ions de platine planaires carrés chargés en face [PtCl4]2- et [Pt(NH3)4]2+ 33. De la même manière, les sels de Vauquelin se forment à partir de la combinaison d’ions palladium chargés en face, [PdCl4]2- et [Pd(NH3)4]2+ 34. Avec des concentrations de sel précurseur de 100 mM, les cristaux de sel qui en résultent forment des aiguilles de 10 à 100 micromètres de long, avec des largeurs carrées d’environ 100 nm à 3 μm. Bien que les modèles de sel soient neutres en charge, la variation de la stoichiométrie des dérivés du sel de Magnus entre les espèces iration, pour inclure [Cu(NH3)4]2+, permet de contrôler les rapports métalliques réduits qui en résultent. La combinaison des ions, et le choix de l’agent réducteur chimique, ont comme conséquence des macrotubes ou des macrofêtres avec une section transversale carrée et une nanostructure poreuse composée des nanoparticules fusionnées ou des nanofibrilles. Les macrotubes et les macrofèques ont également été pressés dans des films indépendants, et la surface électrochimiquement active a été déterminée avec la spectroscopie d’impedance électrochimique et la voltammetry cyclique. L’approche de modèle de sel a été employée pour synthétiser des macrotubes de platine29,macrobeams de platine-palladium31,et dans un effort pour abaisser des coûts matériels et accorder l’activité catalytique en incorporant le cuivre, macrotubes cuivre-platine32. La méthode de templation du sel a également été démontrée pour les macrotubes et nanofoams en métal binaire et ternaire d’Au-Pd et d’Au-Pd-Cu30.
Ici, nous présentons une méthode pour synthétiser le platine, le platine-palladium, et le cuivre-platine bi-métallique macrotubes poreux et macrofaiteurs de modèles insolubles d’aiguille de sel magnus29,31,32. Le contrôle de la stoichiométrie ionique dans les modèles d’aiguilles de sel permet de contrôler les rapports métalliques qui en résultent après la réduction chimique et peut être vérifié par diffractométrie des rayons X et spectroscopie photoélectronique aux rayons X. Les macrotubes et macrofaiteurs qui en résultent peuvent être assemblés et formés en un film auto-debout avec la pression de la main. Les films qui en résultent présentent des surfaces électrochimiques élevées (ECSA) déterminées par spectroscopie d’impédance électrochimique et voltammetry cyclique dans l’électrolyte H2SO4 et KCl. Cette méthode fournit une voie de synthèse pour contrôler la composition métallique à base de platine, la porosité et la nanostructure d’une manière rapide et évolutive qui peut être généralisable à un plus large éventail de modèles de sel.

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	<tbody>
		<tr>
			<td>50 mL Conical Tubes</td>
			<td>Corning Costar Corp.</td>
			<td>430290</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ag/AgCl Reference Electrode</td>
			<td>BASi</td>
			<td>MF-2052</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cu(NH3)4SO4&#159;&#8226;H2O</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>10380-29-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>dimethylamine borane (DMAB)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>74-94-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K2PtCl4</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>10025-99-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Miccrostop Lacquer</td>
			<td>Tober Chemical Division</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Na2PdCl4</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>13820-40-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaBH4</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>16940-66-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Polarized Optical Microscope</td>
			<td>AmScope</td>
			<td>PZ300JC</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat</td>
			<td>Biologic-USA</td>
			<td>VMP-3</td>
			<td>Electrochemical analysis-EIS, CV</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pt wire electrode</td>
			<td>BASi</td>
			<td>MF-4130</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pt(NH3)4Cl2&#159;&#8226;H2O</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>13933-31-8</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scanning Electron Microscope</td>
			<td>FEI</td>
			<td>Helios 600</td>
			<td>EDS performed with this SEM</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Shelf Rocker</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>Vari-Mix&#8482; Platform Rocker</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Snap Cap Microcentrifuge Tubes, 1.7 mL</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>UX-06333-60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-ray diffractometer</td>
			<td>PanAlytical</td>
			<td>Empyrean</td>
			<td>X-ray diffractometry</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>X-ray photoelectron spectrometer</td>
			<td>ULVAC PHI - Physical Electronics</td>
			<td>VersaProbe III</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

a salt-templated synthesis method for porous platinum-based macrobeams and macrotubes

La synthèse des nanomatériaux métalliques nobles poreux de surface élevée repose généralement sur la coalescence fastidieuse des nanoparticules pré-formées, suivie de rinçage et d’étapes de séchage supercritiques, entraînant souvent des matériaux mécaniquement fragiles. Ici, une méthode pour synthétiser des macrotubes et des macrofèbres poreux nanostructurés à base de platine avec une coupe transversale carrée à partir de modèles insolubles d’aiguilles de sel est présentée. La combinaison d’ions planaires carrés en platine, palladium et cuivre chargés en face entraîne la formation rapide d’aiguilles de sel insolubles. Selon le rapport stoichiométrique des ions métalliques présents dans le modèle de sel et le choix de l’agent réducteur chimique, des macrotubes ou des macrofèbres se forment avec une nanostructure poreuse composée soit de nanoparticules fusionnées, soit de nanofibrilles. La composition élémentaire des macrotubes et des macrofèams, déterminée avec la diffractométrie des rayons X et la spectroscopie photoélectronique aux rayons X, est contrôlée par le rapport stoichiométrique des ions métalliques présents dans le modèle de sel. Les macrotubes et les macrofèques peuvent être pressés dans des films indépendants, et la surface électrochimiquement active est déterminée par spectroscopie d’impedance électrochimique et voltammetry cyclique. Cette méthode de synthèse démontre une approche simple et relativement rapide pour atteindre des macrotubes et des macrofaiteurs à base de platine de surface haute surface avec nanostructure tunable et composition élémentaire qui peuvent être pressés dans des films indépendants sans matériaux de liaison requis.

L’ajout d’ions métalliques nobles planaires carrés chargés en face entraîne une formation quasi instantanée de cristaux de sel à rapport d’aspect élevé. L’empilement linéaire d’ions planaires carrés est montré schématiquement dans la figure 1,avec les images de microscopie optique polarisée révélant des aiguilles de sel qui sont de 10 à 100 de micromètres de long. Une concentration de 100 mM a été utilisée pour toutes les solutions de sel de platine, de palladiu...

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A Salt-Templated Synthesis Method for Porous Platinum-based Macrobeams and Macrotubes

Une méthode de synthèse pour obtenir des macrotubes et des macrofèams poreux à base de platine avec une coupe transversale carrée par la réduction chimique des modèles insolubles d’aiguille de sel est présentée.

Une méthode de synthèse à modèle salé pour les macrofèams et macrotubes poreux à base de platine

The synthesis of high surface area porous noble metal nanomaterials generally relies on time consuming coalescence of pre-formed nanoparticles, followed ...

Ce protocole offre une méthode simple et relativement rapide pour synthétiser la surface haute, le platine à rapport d’aspect élevé dans les macrofaiteurs en alliages de platine et les macrotubes avec une coupe transversale carrée. La méthode des sels et du placage permet de contrôler le rapport d’ion métallique modèle et la composition de masse qui en résulte, ainsi que les structures nano macrofaissam et macrotube. Macrobeam et macrotube films pressés peuvent répondre à la nécessité d’électrodes intégrales en trois dimensions pour les applications de catalyse et de détection.La capacité des dérivés du sel Magna d’être chimiquement réduits pour former des macrofams et des macrotubes, suggère que la méthode de synthèse de templating de sel puisse être appliquée à une plus grande gamme de sels métalliques. Pour préparer les sels Magnus avec un tétrachloroplatinate de potassium d’un à zéro à un deux positifs au platine deux rapport négatif, ajouter 0,5 millilitres de 100 millimlaires de potassium tetrachloroplatinate dans un tube de microfuge, et pipette avec force 0,5 millilitres de 100 millimolaire tétraammineplatinum (II) hydrate de chlorure dans l’eau dans le tube. Les solutions de modèle d’aiguille de sel d’un millilitre de volume résultantes montreront une couleur opaque comme le vert.Pour préparer un modèle d’aiguille de sel platine-palladium d’un à zéro, ajoutez 0,5 millilitres d’hydrate de chlorure de tétraammineplatinum (II) dans l’eau à une trompe de microcentrifugeuse et pipette avec force 0,5 millilitres de tetrachloropalladate de sodium millimlaire au tube. Pour préparer un modèle d’aiguille de sel platine-palladium de deux à un à un, ajoutez 0,25 millilitres de tetrachloropalladate de sodium millimlaire et 0,25 millilitres de tétrachloroplatinate de potassium millimolaire à un tube de microfuge. Vortex le tube pendant trois à cinq secondes, avant de pipetting avec force 0,5 millilitres de 100 millimlaire tétraamminePlatinum (II)chlorure hydraté de l’eau au tube.Pour préparer un modèle d’aiguille de sel platine-palladium de trois à un à deux, pipette 0,167 millilitres de tetrachloropalladate de sodium millimolaire et 0,333 millilitres de 100 millimolar potassium tetrachloroplatinate à un tube de microfuge. Après vortex, pipette avec force 0,5 millilitres de 100 millimolar tétraamminePlatinum (II)chlorure d’eau hydratée au tube. Les modèles de sel avec un rapport platine plus élevé devraient donner une couleur plus verte, tandis que les modèles dont le contenu en palladium augmente donnent plus de couleurs orange, rose et brun dans la solution.Pour préparer un modèle d’aiguille de sel cuivre-platine d’un à zéro à zéro, ajoutez 0,5 millilitres de tétrachloroplatinate de potassium millimolar à un tube de microfuge et ajoutez avec force 0,5 millilitres de tétraammineCopper(II) millimolar dans l’eau au tube de microfuge. Pour préparer un modèle d’aiguille de sel cuivre-platine de trois à un pour deux, ajoutez 0,167 millilitres d’eau hydratée tétraamminePlatinum(II) de 100 millimlaires et 0,333 millilitres de tétraammineCopper (II) millimolaire dans l’eau du tube. Après vortex, ajouter avec force 0,5 millilitres de 100 millimolar potassium tetrachloroplatinate au tube.Pour préparer le modèle d’aiguille de sel cuivre-platine de deux à un rapport sel-platine, ajouter 0,25 millilitres d’eau hydratée tétraamminePlatinum(II) millimolaire et 0,25 millilitres de tétraammineCopper (II) millimaire dans l’eau à un tube de microfuge, et vortex le tube de microfuge pendant trois à cinq secondes. Puis, pipette avec force 0,5 millilitres de 100 millimolar potassium tetrachloroplatinate au tube. Pour préparer le modèle d’aiguille de sel cuivre-platine d’un à zéro, pipette 0,5 millilitres de tétraamminePlatinum(II) millimolar chlorure d’eau hydratée à un tube de microfuge, et pipette avec force 0,5 millilitres de 100 millimolar potassium tetrachloroplatinate dans le tube, pour obtenir une solution de modèle d’aiguille de sel d’un millilitre.La combinaison d’ions cuivre et platine se traduira par la formation d’une solution nuageuse pourpre qui n’est pas aussi opaque que les solutions platine et palladium. Pour effectuer une réduction chimique des modèles de sel platine-palladium, ajoutez 50 millilitres de solution molaire de borohydride de sodium dans chacun des quatre tubes coniques de 50 millilitres, et ajoutez le volume entier d’un millilitre d’une solution de modèle de sel platine-palladium à chaque tube. Pour effectuer une réduction chimique des modèles de sel cuivre-platine, ajoutez 50 millilitres de solution DMAB molaire de 0,1 molaire dans chacun des quatre tubes coniques de 50 millilitres, et ajoutez le volume entier d’un millilitre de solution de modèle de sel cuivre-platine à chaque tube sous un capot de fumée.Après 24 heures, décaféiné lentement le supernatant de chaque solution réduite dans un récipient à déchets, en prenant soin, de ne pas verser les échantillons et de transférer les précipités dans de nouveaux tubes de 50 millilitres. Remplissez chaque tube de 50 millilitres d’eau déionisée et incubez les tubes bien plafonnés pendant 24 heures avec un basculement doux. Le lendemain, placez les tubes à la verticale dans une grille à tubes pendant 15 minutes pour permettre aux échantillons de sédimenter avant de verser lentement le supernatant.Remplissez chaque tube de 50 millilitres d’eau ionisée et secouez les échantillons pendant 24 heures supplémentaires. À la fin de l’incubation, placer les tubes dans une grille pendant 15 minutes avant de décanter autant de supernatants clairs ou gris que possible. Pour préparer des films macrotube et macrofois, utilisez une pipette ou une spatule pour transférer doucement le matériau précipitant de chacun à tube sur des glissières de verre individuelles, et consolider les échantillons en piles uniformes, environ 0,5 millimètres.Placez ensuite les glissières dans un endroit qui ne sera pas perturbé par les courants d’air pendant 24 heures. Lorsque les échantillons ont séché, placez une deuxième glissade de verre sur chaque échantillon réduit séché et appliquez manuellement environ 200 kilopascals de force sur la glissière supérieure pour créer un mince film de macrotubes, ou macrofaiteurs sur la glissière inférieure. Pour la numérisation de la microscopie électronique des échantillons, utilisez du ruban de carbone pour fixer le film mince à un talon d’échantillon de microscopie électronique à balayage, et réglez la tension d’accélération initiale à 15 kilovolts, et le courant de faisceau à 2,7 à 5,4 picoamps.Effectuez ensuite un zoom arrière sur une grande zone d’échantillonnage et recueillez un spectre de rayons X dispersif en énergie pour quantifier la composition élémentaire de l’échantillon. Pour l’analyse diffract-dimétrique aux rayons X, placez la diapositive mince de l’échantillon de film sur la scène de balayage et effectuez des balayages de diffractométrie de rayon X pour des angles de diffraction à theta, de cinq à 90 degrés à 45 kilovolts et 40 milliampes avec le rayonnement K-alpha de cuivre, une taille de deux étapes de theta de 0.0130 degrés et 20 secondes par étape. Pour normaliser les mesures électrochimiques par milligrammes de matériaux actifs, transférez les échantillons dans des flacons électrochimiques individuels et ajoutez doucement 0,5 acide sulfurique molaire à chaque échantillon pour une incubation de 24 heures à température ambiante.Le lendemain, placez le fil recouvert de laque avec une pointe exposée d’un millimètre provenant de trois cellules électrodes individuelles en contact avec la surface supérieure du film au bas de chaque flacon électrochimique. Et effectuer une spectroscopie d’impédance électrochimique d’un mégahertz à un millihertz avec une onde sinusoïde de 10 millivolts à zéro volts. Effectuez ensuite la voltammétrie cyclique à l’aide d’une plage de tension négative de 0,2 à 1,2 volts, avec des taux de balayage de 10, 25, 50, 75 et 100 millivolts par seconde.L’ajout d’ions métalliques nobles planaires carrés chargés en face entraîne une formation quasi instantanée de cristaux de sel à rapport d’aspect élevé. La réduction chimique des sels magnus formés avec un rapport un-à-un d’ions négatifs positifs au platine, et réduit les résultats de borohydride de sodium avec des macrotubes avec généralement une cavité interne creuse et des parois latérales poreuses. Les macrotubes sont généralement conformes à la géométrie des modèles d’aiguilles de sel, avec des parois latérales plates et une coupe transversale carrée, les macrotubes cuivre-platine réduits DMAB présentent les sections transversales carrées les plus distinctes et les plus grandes, avec environ trois côtés micromètres.Les parois latérales macrotube cuivre-platine réduites du DMAB démontrent également une surface très texturée sans porosité significative. Le macrotube de platine et de platine-palladium et la composition chimique de macrobeam peuvent être au commencement caractérisés avec la diffraction de rayon X. L’analyse de diffraction aux rayons X des macrotubes réduits de DMAB révèle des pics super-imposés qui se déplacent vers le platine ou le cuivre, selon la stoichiométrie relative de sel-modèle, suggérant une composition d’alliage.Les macrofèams cuivre-platine réduits de sodium, présentent des pics distincts de diffraction de rayons X de cuivre et de platine suggérant une composition bimétallique. Les spectres d’électrons photo radiographiques pour les macrotubes Platinum indiquent peu de preuves d’une espèce d’oxyde, suggérant une surface catalytiquement active. Les spectres d’électrons photo x-ray pour les macrofèzes platine-palladium ne présentent également aucune indication de la teneur en oxyde métallique.Eh bien, les films pressés peuvent être manipulés avec des pincettes. Il faut prendre soin de transférer les films dans les flacons électrochimiques pour éviter la fracturation. Compte tenu de la capacité d’appuyer sur les macrofams et les macrotubes dans les films intégral, la caractérisation mécanique pour déterminer élastique et flexible modulaire peut également être effectuée.Les modèles de sel, pour la synthèse des pores, des matériaux de surface élevée devraient permettre aux chercheurs d’explorer une plus large gamme de sels métalliques et de matériaux métalliques, alliages et multi métalliques qui en résultent.

Research

JoVE Journal

Chemistry

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Recherche

Chimie

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