モノとバイメタル早期遷移金属炭化物と窒化物ナノ粒子の逆マイクロエマルジョン媒介合成

この手順の全体的な目標は、非中心性および金属末端遷移金属炭化物ナノ粒子を合成することです。これは、まず、逆マイクロエマルジョンを介してシリカシェルにモノメタリックまたはバイオメタリック遷移金属酸化物ナノ粒子をカプセル化することによって達成されます。第2のステップは、管状炉を使用してナノ粒子を炭化することです。

このステップでは、水素分子は、より高い温度で分子水としての格子酸素を除去することにより、カプセル化された金属酸化物ナノ粒子を還元します。その後、メタンは金属表面で分解し、格子にインターカレートして炭化物を形成します。最後のステップは、フッ化物水媒体を含む室温溶液を使用してシリカシェルを除去することです。

最終的には、透過型電子顕微鏡法や粉末X線回折法、X線光電子分光法などの他の分析を使用して、ナノ粒子が相純粋な炭化物であり、非中心化され、金属が終端していることを示します。カーボンブラックへの湿式含浸などの既存の方法に対するこの技術の主な利点は、窒化炭素マトリックスへのカプセル化であり、熱処理の前に粒子サイズと組成を微調整でき、得られたナノ粒子を高表面積の触媒担体に分散させることができ、支持体を過酷な自動車の上昇または中和条件にさらすことなく、高表面積の触媒支持体に分散させることができます。逆マイクロエマルジョンを調製するために、まず、クリーンなオーブン乾燥メスシリンダーを使用してオーブン乾燥磁気攪拌棒を含むクリーンなオーブン乾燥丸底フラスコを含むクリーンなオーブン乾燥1リットルの丸底フラスコに無水およびヘプタンの240ミリリットルを追加し、次いで、一定の攪拌下で得られるNhatにポリオキシエチレンローレルエーテルの54ミリリットルを追加し、一定の攪拌の下で超純脱イオン水の7.8ミリリットルを追加する。

必要に応じて、ピペットを使用して、0.1〜0.5ミリリットルの試薬グレードの水酸化アンモニウムをエマルジョンに加えます。加水分解時間を短縮するには、フラスコをゴム栓とパラフォームワックスで密封し、リバースマイクロエマルジョンを少なくとも10分間混合します。次に、金属アルオキシド前駆体アルコールとヘプタン溶液を調製します。

まず、クリーンオーブンで乾燥させた250ミリリットルの丸底フラスコを乾燥窒素グローブボックスに入れ、容量あたり5%の重量を12ミリリットル追加します。この段階では、清潔で乾燥したシリンジを使用してイソプロパノール中のタンタルイソッププロップオキシド、他の金属el酸化物も清潔なオーブン乾燥カニューレを使用して添加することができます。120ミリリットルの無水物とヘプタンを、金属製のヘラジカIDE溶液を含む250ミリリットルのフラスコに移します。

次に、清潔なオーブンで乾燥させたカニューレを使用して、金属ヘラジカ酸化物アルコールとヘプタン溶液を10分間にわたって絶えず攪拌しながら逆マイクロエマルジョンに移します。4時間後、清潔な乾いたシリンジを使用して、1.4ミリリットルの試薬グレードの水酸化アンモニウムを溶液に滴下します。次に、別の清潔なドライシリンジを使用して、1.2ミリリットルの試薬グレードのテトラエチルオルトケイ酸塩を滴下します。

16.5時間後、ゴム栓を取り外し、清潔で乾燥したメスシリンダーを使用して、絶えず攪拌しながら溶液に300ミリリットルのメタノールを加えます。攪拌の10分後、攪拌子を取り外し、1時間後に溶液を沈殿させ、液相を有機廃棄物容器にデカントし、固相シリカカプセル化金属酸化物をきれいな50ミリリットル遠心分離管に集めてから、テキストプロトコルに記載されているように、シリカカプセル化金属酸化物粉末をメタン水素雰囲気中で炭化するためにさらに処理します。 カルシウムシリカカプセル化された金属酸化物粉末を素焼きのイルミナるつぼボートにロードし、石英管炉に入れます。石英管状炉を窒素で少なくとも30分間洗い流し、酸素を取り除きます。

金属酸化物粉末を、毎分2°Cの加熱速度で850°Cまで4時間、120標準立方メートル/分以下で4時間、または水素SCCMとメタン33SCCMで、すべての接合部に石鹸水を噴霧し、シリカ封入金属炭化物を形成することでリークチェックを行います。4時間後、メタンの流れを止め、粉末を摂氏850度でわずか120SECMの水素で1時間保持し、余分な表面炭素を除去してシリカをフッ化物アンモニウムに溶解し、酸安定な金属炭化物を実現します。200ミリグラムのシリカカプセル化金属炭化物を計量し、テフロンコーティングされた磁気攪拌棒を備えた30ミリリットルの密封可能なポリプロピレン容器に入れます。

カーボン、ブラック、カーボンナノチューブなどの高表面積触媒担体でナノ粒子を支持させたい場合は、材料を秤量し、密封可能なポリプロピレン容器に加えます。次に、20ミリリットルの超純脱イオン水を加え、混合を開始して懸濁液を形成します。5グラムの重フッ化アンモニウムまたはVFを秤量し、攪拌混合物に加えます。

シールを添加すると、ポリプロピレン容器のA BFの水への溶解は吸熱性であるため、溶液の温度が下がり、シリカの完全な溶解と触媒担体上のナノ粒子の良好な分散が保証されます。試薬グレードの水酸化アンモニウムを滴下してA BF溶液をpH6〜7に中和することにより、16時間後に反応を停止します。この反応は発熱性であるため、中和した混合物を遠心分離管に空にし、Gの2056倍で10分間遠心分離するので注意してください。

ここには、シリカシェルにカプセル化されたマルチプライコーティングおよびシングルコーティングされた初期遷移金属酸化物ナノ粒子の代表的な透過型電子顕微鏡像が示されています。ここでは、代表的な透過型電子顕微鏡画像は、炭化後のシリカカプセル化された金属炭化物ナノ粒子が、異なる金属炭化物ナノ粒子サイズ分布で示されています。ここには、シリカシェルが除去された後、カーボンブラック支持体上に分散した非中心性および金属終端の炭化タングステンナノ粒子の代表的な走査型透過電子顕微鏡像が示されています。

このビデオを見れば、逆マイクロモーション媒介シリコンカプセル化アプローチを使用して、非中心金属終端遷移金属炭化物および硝酸塩ナノ粒子を合成する方法を十分に理解できるはずです。