Name: applying dynamic strain on thin oxide films immobilized on a pseudoelastic nickel-titanium alloy
Uploaded: 2020-07-28T14:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Applying Dynamic Strain on Thin Oxide Films Immobilized on a Pseudoelastic Nickel-Titanium Alloy at JoVE.com

Эта работа была проведена всеми соавторами, сотрудниками Альянса за устойчивую энергетику, ООО, менеджером и оператором Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США (DOE) по контракту No. DE-AC36-08GO28308. Финансирование осуществляется Министерством энергетики США, Управлением науки, Управлением фундаментальных энергетических наук, Отделом химических наук, геонаук и бионаук, Программой солнечной фотохимии.

1. Подготовка электродов NiTi/TiO2
<ol><li>Химическая и механическая полировка субстратов NiTi<ol>
<li>Нарежьте суперэлестикую фольгу NiTi (толщина 0,05 мм) на полоски 1 см х 5 см.</li>
		<li>Польский образец с использованием 320-, 600- и 1200-песчаной наждачной бумаги, а затем промыть ультрапурной водой (18,2 МЗ...

<ol>
	<li>Li, J., Shan, Z., Ma, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic+strain+engineering+for+unprecedented+materials+properties.">Elastic strain engineering for unprecedented materials properties.</a> MRS Bulletin. 39, 108-114 (2014).</li><li>Luo, M., Guo, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain-controlled+electrocatalysis+on+multimetallic+nanomaterials.">Strain-controlled electrocatalysis on multimetallic nanomaterials.</a> Nature Reviews Materials. 2, 17059 (2017).</li><li>Yang, S., Liu, F., Wu, C., Yang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Tuning+Surface+Properties+of+Low+Dimensional+Materials+via+Strain+Engineering.">Tuning Surface Properties of Low Dimensional Materials via Strain Engineering.</a> Small. 2016, 4028-4047 (2016).</li><li>Clark, E. L., Hahn, C., Jaramillo, T. F., Bell, A. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Electrochemical+CO2+Reduction+over+Compressively+Strained+CuAg+Surface+Alloys+with+Enhanced+Multi-Carbon+Oxygenate+Selectivity.">Electrochemical CO2 Reduction over Compressively Strained CuAg Surface Alloys with Enhanced Multi-Carbon Oxygenate Selectivity.</a> Journal of the American Chemical Society. 139, 15848-15857 (2017).</li><li>Lu, Z., 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+tuning+of+layered+lithium+transition+metal+oxides+for+improvement+of+oxygen+evolution+reaction.">Electrochemical tuning of layered lithium transition metal oxides for improvement of oxygen evolution reaction.</a> Nature Communications. 5, 4345 (2014).</li><li>Sethuraman, V. A., 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=Role+of+Elastic+Strain+on+Electrocatalysis+of+Oxygen+Reduction+Reaction+on+Pt.">Role of Elastic Strain on Electrocatalysis of Oxygen Reduction Reaction on Pt.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 119, 19042-19052 (2015).</li><li>Gu, 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+graded+catalytic-protective+layer+for+an+efficient+and+stable+water-splitting+photocathode.">A graded catalytic-protective layer for an efficient and stable water-splitting photocathode.</a> Nature Energy. 2, 16192 (2017).</li><li>Mariano, R. G., McKelvey, K., White, H. S., Kanan, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Selective+increase+in+CO2+electroreduction+activity+at+grain-boundary+surface+terminations.">Selective increase in CO2 electroreduction activity at grain-boundary surface terminations.</a> Science. 358, 1187-1192 (2017).</li><li>Liu, F., Wu, C., Yang, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+and+Ligand+Effects+on+CO2+Reduction+Reactions+over+Cu-Metal+Heterostructure+Catalysts.">Strain and Ligand Effects on CO2 Reduction Reactions over Cu-Metal Heterostructure Catalysts.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 121, 22139-22146 (2017).</li><li>Wang, 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=Strain+Effect+in+Bimetallic+Electrocatalysts+in+the+Hydrogen+Evolution+Reaction.">Strain Effect in Bimetallic Electrocatalysts in the Hydrogen Evolution Reaction.</a> ACS Energy Letters. 3, 1198-1204 (2018).</li><li>Deng, Q., Smetanin, M., Weissm&#252;ller, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanical+modulation+of+reaction+rates+in+electrocatalysis.">Mechanical modulation of reaction rates in electrocatalysis.</a> Journal of Catalysis. 309, 351-361 (2014).</li><li>Yang, Y., Kumar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic+Strain+Effects+on+the+Catalytic+Response+of+Pt+and+Pd+Thin+Films+Deposited+on+Pd-Zr+Metallic+Glass.">Elastic Strain Effects on the Catalytic Response of Pt and Pd Thin Films Deposited on Pd-Zr Metallic Glass.</a> Journal of Materials Research. 32, 2690-2699 (2017).</li><li>Yan, 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=The+Influence+of+Elastic+Strain+on+Catalytic+Activity+in+the+Hydrogen+Evolution+Reaction.">The Influence of Elastic Strain on Catalytic Activity in the Hydrogen Evolution Reaction.</a> Angewandte Chemie International Edition. 55, 6175-6181 (2016).</li><li>Lee, J. H., Jang, W. S., Han, S. W., Baik, H. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Efficient+Hydrogen+Evolution+by+Mechanically+Strained+MoS2+Nanosheets.">Efficient Hydrogen Evolution by Mechanically Strained MoS2 Nanosheets.</a> Langmuir. 30, 9866-9873 (2014).</li><li>Yang, Y., Adit Maark, T., Peterson, A., Kumar, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Elastic+strain+effects+on+catalysis+of+a+PdCuSi+metallic+glass+thin+film.">Elastic strain effects on catalysis of a PdCuSi metallic glass thin film.</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 17, 1746-1754 (2015).</li><li>Svedruzic, D., Gregg, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechano-Electrochemistry+and+Fuel-Forming+Mechano-Electrocatalysis+on+Spring+Electrodes.">Mechano-Electrochemistry and Fuel-Forming Mechano-Electrocatalysis on Spring Electrodes.</a> The Journal of Physical Chemistry C. 118, 19246-19251 (2014).</li><li>Benson, E. E., 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=Dynamic+Tuning+of+a+Thin+Film+Electrocatalyst+by+Tensile+Strain.">Dynamic Tuning of a Thin Film Electrocatalyst by Tensile Strain.</a> Scientific Reports. 9, 15906 (2019).</li><li>Wang, A., 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=Tuning+the+oxygen+evolution+reaction+on+a+nickel-iron+alloy+via+active+straining.">Tuning the oxygen evolution reaction on a nickel-iron alloy via active straining.</a> Nanoscale. 11, 426-430 (2019).</li><li>Du, M., Cui, L., Cao, Y., Bard, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanoelectrochemical+Catalysis+of+the+Effect+of+Elastic+Strain+on+a+Platinum+Nanofilm+for+the+ORR+Exerted+by+a+Shape+Memory+Alloy+Substrate.">Mechanoelectrochemical Catalysis of the Effect of Elastic Strain on a Platinum Nanofilm for the ORR Exerted by a Shape Memory Alloy Substrate.</a> Journal of the American Chemical Society. 137, 7397-7403 (2015).</li><li>Wang, H., 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+and+continuous+strain+control+of+catalysts+with+tunable+battery+electrode+materials.">Direct and continuous strain control of catalysts with tunable battery electrode materials.</a> Science. 354, 1031-1036 (2016).</li><li>Benson, E. E., 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=Semiconductor-to-Metal+Transition+in+Rutile+TiO2+Induced+by+Tensile+Strain.">Semiconductor-to-Metal Transition in Rutile TiO2 Induced by Tensile Strain.</a> Chemistry of Materials. 29, 2173-2179 (2017).</li><li>Muralidharan, 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=Tunable+Mechanochemistry+of+Lithium+Battery+Electrodes.">Tunable Mechanochemistry of Lithium Battery Electrodes.</a> ACS Nano. 11, 6243-6251 (2017).</li><li>Muralidharan, N., Carter, R., Oakes, L., Cohn, A. P., Pint, C. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Strain+Engineering+to+Modify+the+Electrochemistry+of+Energy+Storage+Electrodes.">Strain Engineering to Modify the Electrochemistry of Energy Storage Electrodes.</a> Scientific Reports. 6, 27542 (2016).</li><li>Buehler, W. J., Gilfrich, J. V., Wiley, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+Low-Temperature+Phase+Changes+on+the+Mechanical+Properties+of+Alloys+near+Composition+TiNi.">Effect of Low-Temperature Phase Changes on the Mechanical Properties of Alloys near Composition TiNi.</a> Journal of Applied Physics. 34, 1475-1477 (1963).</li><li>Wang, F. E., Buehler, W. J., Pickart, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Crystal+Structure+and+a+Unique+"Martensitic"+Transition+of+TiNi.">Crystal Structure and a Unique "Martensitic" Transition of TiNi.</a> Journal of Applied Physics. 36, 3232-3239 (1965).</li><li>Mavrikakis, M., Hammer, B., N&#248;rskov, 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=Effect+of+Strain+on+the+Reactivity+of+Metal+Surfaces.">Effect of Strain on the Reactivity of Metal Surfaces.</a> Physical Review Letters. 81, 2819-2822 (1998).</li><li>Hwang, 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=Tuning+perovskite+oxides+by+strain:+Electronic+structure,+properties,+and+functions+in+(electro)catalysis+and+ferroelectricity.">Tuning perovskite oxides by strain: Electronic structure, properties, and functions in (electro)catalysis and ferroelectricity.</a> Materials Today. 31, 100-118 (2019).</li><li>Kushima, A., Yip, S., Yildiz, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Competing+strain+effects+in+reactivity+of+LaCoO3+with+oxygen.">Competing strain effects in reactivity of LaCoO3 with oxygen.</a> Physical Review B. 82, 115435 (2010).</li><li>Li, Z., Potapenko, D. V., Osgood, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlling+Surface+Reactions+with+Nanopatterned+Surface+Elastic+Strain.">Controlling Surface Reactions with Nanopatterned Surface Elastic Strain.</a> ACS Nano. 9, 82-87 (2015).</li><li>Petrie, J. R., Jeen, H., Barron, S. C., Meyer, T. L., Lee, H. N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhancing+Perovskite+Electrocatalysis+through+Strain+Tuning+of+the+Oxygen+Deficiency.">Enhancing Perovskite Electrocatalysis through Strain Tuning of the Oxygen Deficiency.</a> Journal of the American Chemical Society. 138, 7252-7255 (2016).</li><li>Ling, T., 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=Activating+cobalt(II)+oxide+nanorods+for+efficient+electrocatalysis+by+strain+engineering.">Activating cobalt(II) oxide nanorods for efficient electrocatalysis by strain engineering.</a> Nature Communications. 8, 1509 (2017).</li><li>Tavares, C. 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=Strain+analysis+of+photocatalytic+TiO2+thin+films+on+polymer+substrates.">Strain analysis of photocatalytic TiO2 thin films on polymer substrates.</a> Thin Solid Films. 516, 1434-1438 (2008).</li><li>Bard, A. J., Faulkner, L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Electrochemical Methods: Fundamentals and Applications. , (2001).</li><li>Frank, O., 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=Raman+spectra+of+titanium+dioxide+(anatase,+rutile)+with+identified+oxygen+isotopes+(16,+17,+18).">Raman spectra of titanium dioxide (anatase, rutile) with identified oxygen isotopes (16, 17, 18).</a> Physical Chemistry Chemical Physics. 16, 14567-14572 (2012).</li><li>Metiko&#353;-Hukovi&#263;, M., Kati&#263;, J., Milo&#353;ev, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Kinetics+of+passivity+of+NiTi+in+an+acidic+solution+and+the+spectroscopic+characterization+of+passive+films.">Kinetics of passivity of NiTi in an acidic solution and the spectroscopic characterization of passive films.</a> Journal of Solid State Electrochemistry. 16, 2503-2513 (2012).</li><li>Reske, 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=Controlling+Catalytic+Selectivities+during+CO2+Electroreduction+on+Thin+Cu+Metal+Overlayers.">Controlling Catalytic Selectivities during CO2 Electroreduction on Thin Cu Metal Overlayers.</a> The Journal of Physical Chemistry Letters. 4, 2410-2413 (2013).</li></ol>

Нитинол является подходящим эластичным субстратом для применения механической нагрузки на тонкие пленки. Он коммерчески доступен, высокопроводящий и может быть легко функционализирован. Подготовка рутила TiO2 тонких пленок путем термической обработки нитинола, приводит к высок?...

Способность изменять поверхностную реактивность каталитических материалов путем введения штамма широко признана1,,2,,3. Эффекты деформации в кристаллических материалах могут быть введены либо путем корректировки материальной архитектуры(статический штамм),либо путем применения переменной внешней силы(динамического напряжения). В кристаллических материалах, статическое напряжение может бытьвведено путем допинга 4, де-сплав5,6, annealing7, эпитаксис роста на несовпадения кристаллическойрешетки 2 или размерзаключения 2,3. В поликристаллических материалах, штамм может произойти в пределах границ зерна из-за кристаллическогопобратимство 8. Определение оптимальной степени статического напряжения с материальными архитектурами требует разработки нового образца для каждого дискретного уровня напряжения, что может быть трудоемким и дорогостоящим. Кроме того, введение статического штамма часто вводит химическиеили лиганд-эффекты 9,,10,что затрудняет изоляцию вклада штамма. Применение динамического напряжения, точно контролируемого внешней силой, позволяет систематически настраивать отношения структуры/функции материала, с тем чтобы исследовать динамический диапазон над пространством напряжения без введения других эффектов.
Для изучения влияния динамической нагрузки на электрокатализы, металлы или оксиды металла откладываются на эластичную форму или объем настраиваемых субстратов,таких как органические полимеры 11,,12,,13,,14,,15 или сплавы 16,,17. Применение механической, тепловой или электрической нагрузки приводит к изгибу, сжатию, удлинения или расширению эластичного субстрата, что еще больше вызывает стресс-нагрузку на депонированную каталитический материал. До сих пор, катализатор инженерных через динамическое напряжение было использовано для настройки электрокаталитической деятельности различных металлических и полупроводящих материалов. Примеры включают i) реакция эволюции водопода (HER) на MoS2, Au, Pt, Ni, Cu, WC11,12,13,14, ii) реакция эволюции кислорода (OER) на NiOx16, никель-железныесплавы 18 и iii) реакция уменьшения кислорода (ORR) на Pt, Pd12,15,19,20. В большинстве этих докладов органические полимеры, такие как полиметилметакрилат (ПММА), использовались в качестве эластичные субстраты. Ранее мы продемонстрировали применение эластичных металлических субстратов, таких какнержавеющая сталь 16 и суперэластичный/форм-память Сплава NiTi (Nitinol17,21) для исследований деформации. Нитинол также используется в качестве эластичного субстрата для осаждения платиновых пленок для ORR19 и осаждения катодных материалов батареидля хранения энергии 22,23. Благодаря своей памяти формы и псевдоэластичным свойствам, сплавы NiTi могут быть деформированы,применяя умеренное тепло 19 или механическое напряжение 17,соответственно. В отличие от органических эластичные субстраты, металлические субстраты, как правило, не требуют осаждения адгезии промоутеров, являются высокопроводятными и могут быть легко функционализированы. Нитинол используется в качестве более эластичной альтернативы нержавеющей стали (SS). В то время как СС может быть обратимо напряжены до 0,2%, нитинол может быть обратимо напряжен до 7%. Нитинол обязан своими уникальными свойствами мартенстической твердой кристаллической трансформации, которая позволяет для больших упругихдеформаций 24,25. Оба материала коммерчески доступны в различных геометриях (например, фольги, провода и пружины). При форме в эластичные пружины, металлические субстраты могут быть использованы для изучения влияния динамической нагрузки на электрокатализа без необходимости дорогостоящихприборов 16; однако определение реакции на стресс-напряжение является более сложным, чем для других геометрий.
В предыдущих экспериментальных исследованиях с переходными металлическими катализаторами, изменения в деятельности каталитических поверхностей под напряжением были отнесены к изменениям в энергии d орбиты разговорно известный как d-диапазон теории26. В отличие от этого, влияние нагрузки на оксиды металла значительно сложнее, так как это может повлиять на полосу, подвижность носителя, диффузию и распределениедефектов и даже прямые/косвенные переходы 21,,27,,28,,29,,30,,31. В этом мы предоставляем подробные протоколы по подготовке и характеристике n-типа допинг TiO2 тонких пленок, а также протоколы для изучения электрокаталитической деятельности этих пленок под настраиваемым, напряженным напряжением. Эквивалентная система может быть применена для изучения электрокаталитической деятельности различных материалов в качестве функции динамического напряжения.

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>2-Propanol</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>109634</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ag/AgCl (3M NaCl) Reference Electrode</td>
			<td>BASi</td>
			<td>MF-2052</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alkaline Reference Electrode</td>
			<td>Basi</td>
			<td>EF-1369</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethyl alcohol, Pure, 200 proof, anhydrous, =99.5%</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>459836</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MT I I / F u l l am SEMTester Series</td>
			<td>MTI Instruments</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitinol foil, 0.05mm (0.002in) thick, superelastic, flat annealed, pickled surface</td>
			<td>Alfa Aesar</td>
			<td>45492</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PK-4 Electrode Polishing Kit</td>
			<td>BASi</td>
			<td>MF-2060</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potentiostat 600D</td>
			<td>CHI instruments</td>
			<td>600D</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pt wire</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>267228-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium hydroxide</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>221465</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sulfuric acid</td>
			<td>Sigma Aldrich</td>
			<td>30743</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

applying dynamic strain on thin oxide films immobilized on a pseudoelastic nickel-titanium alloy

Прямое изменение структуры/функции материала через напряжение является растущей областью исследований, которая позволила появиться новым свойствам материалов. Настройка материальной структуры может быть достигнута путем контроля внешней силы, налагаемой на материалы, и индуцирования реакций напряжения и напряжения (т.е. применения динамического напряжения). Электроактивные тонкие пленки, как правило, откладываются на форму или объем настраиваемых эластичных субстратов, где механическая нагрузка (т.е. сжатие или напряжение) может повлиять на структуру пленки и функции через введенный штамм. Здесь мы обобщаем методы напрягания n-типа допинг диоксида титана (TiO2) пленки, подготовленные тепловой обработки псевдо-эластичного никель-титанового сплава (Нитинол). Основной целью описанных методов является изучение того, как штамм влияет на электрокаталитическую деятельность оксида металла, в частности эволюцию водорода и реакции эволюции кислорода. Та же система может быть адаптирована для изучения влияния штамма в более широком смысле. Проектирование штамма может быть применено для оптимизации материальной функции, а также для проектирования регулируемых, многофункциональных (фото) электрокаталитических материалов под внешним контролем стресса.

Предварительно обработанные фольги NiTi окисляются при 500 градусах Цельсия в аэробных условиях(рисунок 1). Из-за оксофильной природы титана, кальцинация при повышенных температурах приводит к поверхности слоя рутила TiO2. Толщина слоя и степень n-типа допинга зависит ?...

Watch this Scientific Journal Video about Applying Dynamic Strain on Thin Oxide Films Immobilized on a Pseudoelastic Nickel-Titanium Alloy at JoVE.com

Applying Dynamic Strain on Thin Oxide Films Immobilized on a Pseudoelastic Nickel-Titanium Alloy

Динамический, напряженный штамм наносится на тонкие пленки TiO2 для изучения влияния нагрузки на электрокатализ, в частности, сокращение протонов и окисление воды. Пленки TiO2 готовятся путем термической обработки псевдоэластичного сплава NiTi (Nitinol).

Применение динамической нагрузки на тонкие оксидные пленки, обездвижено на псевдоеластном никель-титановом сплаве

Direct alteration of material structure/function through strain is a growing area of research that has allowed for novel properties of materials to ...

Возможность применения жизнеспособных внешних сил к материалам позволяет нам изменять их поверхностные свойства по своему выбору, а также находить оптимальные каталитические действия и демонстрировать новые свойства. Этот метод позволяет нам применять штаммы и изучать их влияние на электро-каталитические действия без необходимости подготовки нескольких материалов для каждой сдержанной степени напряжения. Эти методы могут также использоваться для изучения ряда плавниковых пленок и их электрохимических свойств, таких как электрохимическая активность и коррозия.Для химической и механической полировки никель-титановых субстратов, во-первых, вырезать 0,05 миллиметра толщиной кусок супер-эластичного никеля-титана на один на пять сантиметров полосы, и последовательно полировать в результате образцы с 320, 600 и 1200-песчаной песчаной бумаги. Промыть образец с ультра-чистой водой между каждой полировки. После последнего полоскания отполировать образец с помощью одного микрон алмаза, 0,3 микрон алмаза, и 0,05 микрон-глинозема польский.После полировки, sonicate образцов с последовательными пятиминутных ванн в ультра-чистой воде, изопропанол, этанол и ультра-чистой воды перед сушкой образцов под азотом. Для приготовления 50-нанометровой толстой рутильно-титановой диоксидной пленки, после высыхания, поместите полированную никель-титановую фольгу в духовку 500 градусов по Цельсию в аэробных условиях в течение 30 минут. Отопление приведет к изменению цвета поверхности с серого на сине-фиолетовый.Чтобы применить напряженный стресс к нагретым образцам пленки, аккуратно зажимайте одну фольгу в механическом тестере, оставляя один сантиметр фольги на каждом конце. Затем процедите образец никеля-титана, диоксида титана со скоростью два миллиметра в минуту, сохраняя напряжение на уровне нуля до трех процентов. Перед началом электрохимических измерений предварительно процедите фольгу до пяти ньютонов.Для проведения электрохимических экспериментов при применении штамма, собрать на заказ электрохимических клеток свободно вокруг никеля-титана, диоксида титана фольги. Тщательное позиционирование ячейки в середине, чтобы убедиться, что центр фольги подвергается. Затяните клетку осторожно на образец, чтобы создать раствороприемкую ячейку для электрохимических измерений и заполнить клетку электролитом.После мягкой очистки раствора азотом увеличьте нагрузку с нуля до 0,5 процента и проведите циклические фотометрические или линейные измерения фотометрии развертки. Для выполнения эксперимента по реакции эволюции водорода с использованием 0,5 молярной серной кислоты в качестве электролита, серебра, хлорида серебра в качестве эталонного электрода, и десятисантиметровой длины, диаметром 0,5 миллиметра спиральной платиновой проволоки в качестве контр-электрода. Сканирование потенциалов между напряжением открытой цепи до 0,8 раза по сравнению с RHE, который является обратимым водородным электродом, начиная с самого высокого потенциального значения и скорости сканирования от пяти до пятидесяти милливольт в секунду.Для выполнения эксперимента реакции эволюции кислорода с использованием одного гидроксида натрия моляра в качестве электролита, ртути, ртутного кислорода в качестве эталонного электрода и спирального платинового провода в качестве встречного электрода сканируйте потенциал между открытым напряжением цепи до двух вольт по сравнению с RHE, начиная с наименьшего потенциального значения и скорости сканирования от пяти до пятидесяти милливольт в секунду. После завершения измерений ослабьте электрохимическую ячейку вокруг никель-титана, фольгу диоксида титана, чтобы образец можно было свободно перемещать и аккуратно затянуть клетку обратно на образец, чтобы перестроить сборку вокруг фольги. Затем пополнить и очистить электролит, прежде чем увеличить напряжение с 0,5 до одного процента, и повторять электрохимических экспериментов.Чтобы определить, связано ли увеличение реакционной деятельности на эволюцию водорода с увеличением электро-активной поверхности, запустите циклическую фотометрию с разной скоростью сканирования на потенциальном диапазоне, при котором фарадические токи незначительны, так что токи представляют собой только заряд-разряд электрического двойного слоя и участок скорость сканирования по сравнению с течениями. Для характеристики трещин пленки, держать пятьдесят нанометров титановой фольги оксида напряженной на семь процентов в течение тридцати минут или дольше, прежде чем анализировать поверхность для растрескивания путем сканирования электрохимической микроскопии. Затем проведите любые желаемые измерения с надлежащим держателем образца для сканирования электронной микроскопии или электрохимической клетки для электрохимических измерений с нетронутыми и намеренно потрескавшейся пленкой диоксида титана при различных постепенно, повышенных и сниженных значениях напряжения.Для характеристики поверхности образца, после электрохимических измерений, мыть образец с водой, чтобы удалить любые остаточные решены и собрать промытые фольги в напряженных носилках. Защитите изготовленные на заказ держатели образцов вокруг напряженной выборки. Поверхность образца может быть оценена путем сканирования электронной микроскопии в соответствии со стандартными протоколами.Окисление никель-титановой фольги при 500 градусах Цельсия приводит к кальцинации и поверхностного слоя диоксида титана рутила. На толщину слоя и степень применения допинга N-типа влияют время анны и температура, о чем свидетельствует изменение цвета с серого на однородный сине-фиолетовый после тридцати минут нагрева. Более длительное время нагрева, приводит к более толстым пленкам диоксида титана, и сопровождается постепенной потерей сине-фиолетового цвета.Поведение нитинола при тепловом и механическом стрессе отражает обратимую фазу трансформации твердого тела между двумя различными фазами кристалла куницата, что делает его псевдоэластичным, а не эластичным материалом. Циклические фотометрические и линейные эксперименты по фотометрии развертки важны для понимания электрохимической системы, такой как фарадайские и нефарадные диапазоны. Дальнейшая электрохимическая характеристика, может включать в себя электрохимические движения для изучения изменений в электроде поверхности реактивации с напряжением.Чтобы определить, если увеличение реакции эволюции водорода и кислорода эволюции реакции деятельности просто из-за увеличения электро-активной поверхности. Измерения емкости могут быть выполнены при различных значениях деформации. Для дальнейшего определения того, связаны ли изменения в электрореа деятельности с напряжением из-за эластичной или неупругой деформации при применении напряженного стресса, эксперименты могут проводиться с нетронутыми и намеренно треснувшими пленками диоксида титана.Образец должен быть установлен должным образом, чтобы получить и дать больше результатов. Этот трафаретные носилки могут быть включены в различные характеристики и методы, в том числе спектроскопии, транс-реабсорбции, конфокальной Раман или зонд микроскопии.

Research

JoVE Journal

Chemistry

Manufacturing of Three-dimensionally Microstructured Nanocomposites through Microfluidic Infiltration

Изготовление трехмерно микроструктурированный нанокомпозитов через микрофлюидных инфильтрации

Microstructured composite beams reinforced with complex three-dimensionally (3D) patterned nanocomposite microfilaments are fabricated via nanocomposite ...

Reductive Electropolymerization of a Vinyl-containing Poly-pyridyl Complex on Glassy Carbon and Fluorine-doped Tin Oxide Electrodes

Восстановительное электрополимеризации из винила, содержащие поли-пиридил комплекса на стеклоуглерод и легированного фтором оксида олова Электроды

Controllable electrode surface modification is important in a number of fields, especially those with solar fuels applications. Electropolymerization is ...

Atomically Defined Templates for Epitaxial Growth of Complex Oxide Thin Films

Атомно шаблонов, для эпитаксиального роста сложного оксида тонких пленок

Atomically defined substrate surfaces are prerequisite for the epitaxial growth of complex oxide thin films. In this protocol, two approaches to obtain ...

Dynamic Electrochemical Measurement of Chloride Ions

Динамический Электрохимический Измерение ионы хлора

This protocol describes the dynamic measurement of chloride ions using the transition time of a silver silver chloride (Ag/AgCl) electrode. Silver silver ...

Cooling Rate Dependent Ellipsometry Measurements to Determine the Dynamics of Thin Glassy Films

Охлаждение скоростью, зависящей эллипсометрии измерений для определения динамики тонких пленок стеклообразных

This report aims to fully describe the experimental technique of using ellipsometry for cooling rate dependent Tg (CR-Tg) experiments. These measurements ...

Preparation of Macroporous Epitaxial Quartz Films on Silicon by Chemical Solution Deposition

Подготовка МАКРОПОРИСТОГО эпитаксиальных пленок кварца на кремнии химический раствор осаждения

This work describes the detailed protocol for preparing piezoelectric macroporous epitaxial quartz films on silicon(100) substrates. This is a three-step ...

Photochemical Oxidative Growth of Iridium Oxide Nanoparticles on CdSe@CdS Nanorods

Фотохимические Окислительный Рост Iridium наночастиц оксида на CdSe @ CdS наностержней

We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide ...

Capillary Electrophoresis to Monitor Peptide Grafting onto Chitosan Films in Real Time

Капиллярный электрофорез Контролировать Peptide прививкой на хитозана пленок в режиме реального времени

Free-solution capillary electrophoresis (CE) separates analytes, generally charged compounds in solution through the application of an electric field. ...