This work was sponsored by the Chemical Sciences, Geosciences and Biosciences Division, Office of Basic Energy Sciences, Office of Science, U.S. Department of Energy, grant no. DE-FG02-12ER16352. S.T.H. thanks the National Science Foundation for financial support through the National Science Foundation Graduate Research Fellowship under Grant No. 1122374.

1. Synthese von Glasverkapselte Monometallische oder Bimetall-Metalloxid-Nanopartikel <ol><li> Bereiten Sie die umgekehrte Mikroemulsion <ol><li> Werden 240 ml wasserfreies n-Heptan, um eine saubere, im Ofen getrockneten 1 l-Rundkolben (RBF) mit einem ofengetrockneten magnetischen Rührstab und mit einem sauberen, ofengetrocknet Meßzylinder. </li><li> Hinzuzufügen 54 ml Polyoxyethylen (4) laurylether zu dem n-Heptan unter konstantem Rühren. Hinweis: Wegen der hohen Viskosität und niedrigen Oberflächenspannung dieser Tensid sollte ein sauberer, trockener 60 ml-Spritze verwendet werden, um genaue Mengen anstelle einer Messzylinder erhalten. </li><li> In 7,8 ml ultrareinem, deionisiertem (DI) Wasser unter ständigem Rühren mit einer Pipette. Verschließen Sie den RBF mit einem Gummistopfen und Parafilm Wachs. Lassen Sie die RME mischen für mindestens 10 min. </li><li> Hinzufügen von 0,1 bis 0,5 ml analysenreinem NH 4 OH zu der Emulsion, wenn es gewünscht wird, um die Hydrolyse zu reduzieren. Hinweis: Einige Metallalkoxid Vorstufen hydrolysieren langsam bei neutralem pH. Lassen Sie die RME mischen für mindestens einen weiteren 10 Minuten nach der Zugabe von NH 4 OH. Als ein repräsentatives Beispiel, das Hinzufügen von 0,5 ml NH 4 OH für Synthesen mit Titan (IV) isopropoxid empfohlen. </li></ol></li><li> Vorbereitung einer Metallalkoxid-Vorläufer, Alkohol und n-Heptanlösung <ol><li> Schließen Sie eine saubere, ofengetrockneten 250-ml-Rundkolben in ein Schlenk-Linie und bündig mit Stickstoff. Alternativ legen Sie die saubere, ofengetrockneten 250-ml-Rundkolben in einer trockenen Stickstoffhandschuhfach. </li><li> In 12 ml von 5% w / v Wolfram isopropoxid (WIPO) in Isopropanol mit einem sauberen, trockenen Spritze. (IV) isopropoxid (TIIP) in dieser Stufe können auch andere Metallalkoxide, ebenfalls zugesetzt werden, wie beispielsweise Tantal (V) isopropoxid (Taipo), Molybdän (V) isopropoxid (MoIPO), Niob (V) isopropoxid (NbIPO), Titan, Nickel (II) Methoxyethoxid (NiMEO), Kobalt (II) isopropoxid (Coipo) usw. Anmerkung: Metallalkoxide können im Handel erworben oder durch Zugabe einer Anhydro synthetisierenuns Alkohols zum entsprechenden Metallchloridsalz mit einem Schlenk Zeile wie an anderer Stelle beschrieben. (Achtung: Metallalkoxid Synthese aus den Metallchlorid Mitteilungen gasförmigem HCl und muss in einem gut gelüfteten Abzug durchgeführt werden) 27 </li><li> Mit einem sauberen, ofengetrockneten Kanüle übertragen 120 ml wasserfreies n-Heptan, zu dem 250 ml Rundkolben, der das Metall-Alkoxid-Lösung </li></ol></li><li> Mit einem sauberen, ofengetrockneten Kanüle übertragen die Metallalkoxid-Alkohol-n-Heptan-Lösung in den RME unter konstantem Rühren über den Zeitraum von 10 min. Anmerkung: Für Metallalkoxide, die heftig mit Wasser reagieren, wie Tellur (IV) isopropoxid, wird ein viel langsamer tropfenweise Zugabegeschwindigkeit erforderlich. Die endgültige Lösung sollte optisch klar, unabhängig von der Metallalkoxid-Vorstufe verwendet werden, können aber in verschiedenen Farben je nach Metallalkoxide verwendet und deren Oxidationsstufen sein. Wir bemerken, dass, ob die Emulsion transparent oder durchscheinend ist, von der Teilchengröße abhängigwährend die Farbe ist abhängig von Metalloxidationszustand. </li><li> Nach 4 Stunden mit einem sauberen, trockenen Spritze 1,4 ml analysenreinem NH 4 OH in die Lösung tropfenweise zu injizieren. Dann, mit einem anderen sauberen, trockenen Spritze injizieren 1,2 ml analysenreinem Tetraethylorthosilikat (TEOS) tropft. Anmerkung: Natriumhydroxid (NaOH) sollte nicht verwendet werden, da es zu einer Verdichtung der Kieselsäure-Schalen während der Karburierung / Nitrierung führen und in Natrium-Verunreinigungen in dem Gitter der endgültigen Nanopartikel werden. Rest NH4OH dagegen günstig zersetzt während den Wärmebehandlungen. </li><li> Nach 16,5 Stunden, entfernen Sie den Gummistopfen und mit einem sauberen, trockenen Messzylinder 300 ml Methanol zu der Lösung unter ständigem Rühren hinzufügen. </li><li> Nach 10 min Rühren, entfernen Sie den Rührstab und lassen Sie die Lösung zu begleichen. Hinweis: ein Heptan-reiche obere Phase und eine Methanol-reiche untere Phase: Es wird zwei flüssige Phasen vorliegen. Die Kieselsäure eingekapselten Metall oxid Nanopartikeln als SiO 2 / MO x bezeichnet wird dem Boden des Kolbens aus der unteren Phase sedimentieren. </li><li> Nach 1 Stunde dekantieren die flüssigen Phasen in eine organische Abfallbehälter zu sammeln und das Festphasen SiO 2 / MO x in sauberen 50 ml Zentrifugenröhrchen. Hinweis: Wenn Polypropylen oder Polystyrol-Zentrifugenröhrchen verwendet werden, das Fällungsmittel nicht langfristig in diesem Zustand gespeichert, wie das restliche Heptan werden langsam auflösen Zentrifugenröhrchens, so dass es sich zu verlängern werden. Ferner kann Rest-NH 4 OH und das TEOS SiO 2 zu veranlassen, weiterhin über das erwünscht war wachsen. </li><li> Centrifuge das SiO 2 / MO x Phase bei 2.056 xg für 5 min, dann dekantieren Sie den Überstand in ein organisches Abfallbehälter. </li><li> Hinzufügen 10-30 ml Aceton auf jeweils 50 ml-Zentrifugenrohr und Dispergieren des Pulvers in das Aceton durch Schütteln oder Ultraschallbehandlung. Dies hilft, überschüssiges Tensid vor der Calcinierung. </li><li> Centrifuge das SiO 2 / MO x und Aceton Mischung bei 4.626 × g für 10 min und dann dekantiert in einem organischen Abfallbehälter. Damit das SiO 2 / MO x Gel über Nacht trocknen. </li></ol> 2. Wärmebehandlung des synthetisierten Pulver Caution Statement: Wasserstoff, Methan und Ammoniak-Gas sind extrem leicht entflammbar. Ammoniakgas ist giftig. Eine gründliche Leckprüfung sollte vor allen Wärmebehandlungen durchgeführt werden, und die Behandlungen sollten in Quarz-Rohrofen in einem gut belüfteten Laborabzug mit einer Ölwaschflasche am Gasaustritt gehalten durchgeführt werden. Alle Gasflaschen sollten mit Flammensperren ausgestattet und weg von dem Ofen gelagert werden. Sofern dies gesetzlich vorgeschrieben oder institutionellen Regelungen erforderlich ist, sollte überschüssiges Ammoniakgas durch ein großes Volumen von Wasser sprudelte und entweder verworfen als Basis Abfall oder auf pH 7 Ammoniumchlorid-Lösung mit HCl neutralisiert. <ol><li> Kalzinieren des SiO 2 / MO x powder in der Luft <ol><li> Crush the getrocknete SiO 2 / MO x Gel zu einem feinen Pulver mit einem Glas Rührstab oder Mörser und Stößel. Setzen Sie das Pulver in Aluminiumoxidtiegel Boote und Last in einen Quarzrohrofen. </li><li> Verwendung eines 2 ° C / min Heizrate, kalzinieren SiO 2 / MO x Pulver unter 100 sccm von Luft bei 450 ° C für 1 Stunde. Dies entfernt jegliche restliche Tensid und erhöht auch die Mikroporosität der Silicat-Schalen. Nachdem der Ofen abgekühlt ist, entfernen Sie die kalzinierten SiO 2 / MO x Pulver und lagern in den Umgebungsbedingungen. </li></ol></li><li> Aufkohlung des SiO 2 / MO x Pulver in einer Methan / Wasserstoff-Atmosphäre <ol><li> Laden Sie den kalzinierten SiO 2 / MO x-Pulver in eine unglasierte Aluminiumoxidtiegel Boot und in einen Quarzrohrofen. Spülen Quarzröhrenofen mit Stickstoff für mindestens 30 min, um Sauerstoff zu entfernen. Führen Sie eine Dichtheitsprüfung durch Spritzen alle Gelenke mit Seifenwasser. </li><li> Mit einem2 ° C / min Heizrate, Karburieren das SiO 2 / MO x Pulver unter 120 sccm Wasserstoff und 33 sccm Methan bei 850 ° C für 4 h auf SiO 2 / MC x bilden. </li><li> Nach 4 Stunden, stoppen Sie die Strömung von Methan und halten das Pulver bei 850 ° C für 1 h in nur 120 sccm Wasserstoff, um überschüssiges Oberflächenkohlen abzufangen. </li><li> Ermöglicht der Ofen langsam auf Raumtemperatur abkühlen gelassen unter 120 sccm Wasserstoff. Dann spülen Sie den Ofen mit Stickstoff für mindestens 30 min, um Wasserstoff zu entfernen. </li><li> Fließen 95 sccm aus Stickstoff und 5 sccm von Luft über das Pulver 3 h, um die Carbide langsam zu passivieren, bevor Kontakt mit Luft. </li><li> Entfernen Sie das SiO 2 / MC x-Pulver aus dem Ofen und an einem Vakuumexsikkator oder in einer trockenen Stickstoffhandschuhfach, um langfristige Groß Oxidation der Metallhartmetall-Nanopartikel in der Luft zu verhindern. </li></ol></li><li> Nitrierung des SiO 2 / MO x Pulver in einer Ammoniakatmosphäre <ol><li> Load der kalzinierte SiO 2 / MO x Pulver in einen Aluminiumoxidtiegel Boot und in einen Quarzröhrenofen. </li><li> Spülen Quarzröhrenofen mit Stickstoff für mindestens 30 min, um Sauerstoff zu entfernen. </li><li> Verwendung eines 2 ° C / min Heizrate, nitridize das SiO 2 / MO x Pulver unter 100 sccm Ammoniak bei 800 ° C für 4 h auf SiO 2 / MN x bilden. </li><li> Ermöglicht der Ofen langsam auf Raumtemperatur abkühlen. Dann spülen Sie den Ofen mit Stickstoff für mindestens 30 min, um Ammoniak zu entfernen. </li><li> Fließen 95 sccm aus Stickstoff und 5 sccm von Luft über das Pulver 3 h, um die Nitride langsam zu passivieren, bevor Kontakt mit Luft. </li><li> Entfernen des SiO 2 / MN x Pulver aus dem Ofen und Speicher in einem Vakuumexsikkator oder in einer trockenen Stickstoffhandschuhkasten, um langfristige Massenoxidation der Metallnitrid-Nanopartikel in Luft zu verhindern. </li></ol></li></ol> 3. Entfernen Sie die Silica Muscheln und Unterstützung bei der NanoPartikel Caution Statement: Ammoniumbifluorid (ABF) ist hochgiftig. Es sollte nur in einem gut belüfteten Laborabzug mit richtige persönliche Schutzausrüstung, einschließlich Butyl-Gummihandschuhe, Gesichtsschutz und einem HF-resistenten Laborkittel mit HF-resistente Ärmeln behandelt werden. Glas und Metall Laborgeräte sollten nie beim Umgang mit ABF verwendet werden. <ol><li> Silica Auflösung in Ammoniumbifluorid für säurestabile Metall Carbide und Nitride (zB WC und W 2 N) <ol><li> Man wiegt 200 mg SiO 2 / MC x oder SiO 2 / MN x und in einem 30 ml Polypropylen verschließbaren Behälter gegeben mit einer teflonbeschichteten magnetischen Rührstab. </li><li> Wenn es gewünscht wird, unterstützen die Nanopartikel auf einer Fläche Katalysatorträger mit hoher Oberfläche, wie beispielsweise Ruß oder Kohlenstoff-Nanoröhrchen, wiegen das Material und es in die verschließbaren Polypropylenbehälter hinzuzufügen. Anmerkung: Die Masse eingewogen wird von der gewünschten Beladung der Nanopartikel auf th abhängte-Support. Für Katalysatorträger, die nicht in ABF stabil sind, wie zum Beispiel Aluminiumoxid, kann der Träger zugegeben wird, nachdem das Siliziumdioxid entfernt wurde und das ABF neutralisiert wird. Wenn keine Unterstützung hinzugefügt wird, wird eine Nanodispersion erhalten werden. </li><li> 20 ml Reinstwasser VE-Wasser und beginnen Mischen, um eine Suspension zu bilden. Alternativ 20 ml vorgefertigten 20 Gew% ABF-Lösung. </li><li> Man wiegt 5 g ABF und dann zu der gerührten Mischung hinzufügen. Einmal aufgenommen, Siegel der Polypropylenbehälter. Anmerkung: Die Auflösung des ABF in Wasser ist endotherm, so dass die Temperatur der Lösung sinkt. </li><li> Um eine vollständige Auflösung des Siliciumdioxids und eine gute Verteilung der Nanopartikel auf dem Katalysatorträger zu gewährleisten, Die Reaktion nach 16 h durch Zugabe von analysenreinem NH 4 OH tropfenweise zu der ABF-Lösung auf pH 6-7 zu neutralisieren. Vorsicht: Diese Reaktion ist exotherm. </li><li> Entleeren der neutralisierten Mischung in ein Zentrifugenröhrchen und Zentrifugieren bei 2.056 × g für 10 min. </li><li> Leeren Sie den supernatant in eine alkalische Abfallbehälter (um vollständige Neutralisation zu gewährleisten) und Redispergieren des Katalysatorpulvers in 20 ml ultrareinem deionisiertem Wasser. </li><li> Zentrifuge bei 4626 × g für 10 min, den Überstand verwerfen, und führen Sie einen abschließenden 20 ml VE-Wasser spülen. Bis zu 12.850 xg kann für nicht unterstützte Nanopartikel erforderlich. </li><li> Trocknen des Pulvers unter Vakuum und dann in einem Vakuumexsikkator oder einer trockenen Stickstoffhandschuhkasten, um langfristige Massenoxidation der Metall Carbid oder Nitrid Nanopartikel verhindern speichern. </li></ol></li><li> Silica Auflösung in Natriumhydroxid Alkaline-Stable Carbide und Nitride (zB TaC und Ta 3 N 5) <ol><li> Man wiegt 200 mg SiO 2 / MC x oder SiO 2 / MN x und in einem 50 ml Glas RBF legte mit einem magnetischen Rührstab. Abwiegen und fügen Sie einen Katalysatorträger, falls gewünscht. </li><li> 30 ml von mindestens 0,1 M wässriger NaOH-Lösung. Bringen Sie einen Kondensator zum RBF oder Dichtung mit einem Gummistopfen und Parafilm Wachs. </li><li> Hitze bei 60 ° C unter konstantem Rühren für 16 Stunden. Nach dem Abkühlen Zentrifuge die Lösung bei 2056 × g für 10 min. </li><li> Leeren Sie den Überstand in einer alkalischen Abfallbehälter und redispergieren des Katalysatorpulvers in 20 ml Reinstwasser VE-Wasser. </li><li> Zentrifuge bei 4626 × g für 10 min, den Überstand verwerfen, und führen Sie einen abschließenden 20 ml VE-Wasser spülen. Bis zu 12.850 xg kann für nicht unterstützte Nanopartikel erforderlich. </li><li> Trocknen des Pulvers unter Vakuum und dann in einem Vakuumexsikkator oder einer trockenen Stickstoffhandschuhkasten, um langfristige Massenoxidation der Metall Carbid oder Nitrid Nanopartikel verhindern speichern. </li></ol></li></ol>

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The authors have nothing to disclose.

Ein Verfahren zur Synthese von nicht-gesinterten, metallterminierten Übergangsmetallcarbid und Nitrid-Nanopartikel mit abstimmbaren Größen und Struktur wird hier vorgestellt 26 Kritische Schritte des Verfahrens umfassen:. Verwendung einer feuchtigkeitsfreien RBF des verdünnten Metallalkoxid-Vorstufe enthalten, die Vermeidung Alkalimetall- Verunreinigungen während aller Schritte, Ausfällen des RME mit überschüssigem Methanol im Gegensatz zu Aceton oder Isopropanol, die Durchführung eines korrekten Lec...

Frühen Übergangsmetallcarbide (TMCs) sind kostengünstige, erde reichen Materialien, die eine hohe thermische und elektrochemische Stabilität sowie einzigartige katalytische Aktivitäten aufweisen. 1-3 Insbesondere Wolframcarbid (WC) und Molybdäncarbid (Mo 2 C) wurde ausgiebig auf ihre katalytische Ähnlichkeiten mit der Platingruppenmetalle (PGM). 4,5 Aufgrund dieser günstigen Eigenschaften studiert haben TMCs als Kandidaten für den Ersatz teurer PGM-Katalysatoren in den Schwellen erneuerbaren Energietechnologien, wie beispielsweise die Umwandlung von Biomasse, Brennstoffzellen identifiziert worden, und Elektrolyseuren. 6,7 Um die katalytische Aktivität zu maximieren, werden handelsübliche Katalysatoren fast immer als ultra Nanopartikel (Durchmesser &lt;10 nm) auf einem Träger mit hoher Oberfläche dispergiert sind, wie beispielsweise Ruß formuliert. 8 ist die Synthese TMCS erfordert jedoch Temperaturen von mehr als ~ 700 ° C. Dies führt zu umfangreichen Sintern des nanoparticles (NPS), überschüssiges Oberflächenkohlenstoffabscheidung (Koks), und thermische Unterstützung Abbau. Beide Partikel Sintern und Support-Abbau führen zu verringerten Materialoberflächen. Überschüssige Oberflächenverunreinigungsablagerung blockiert aktiven Metallzentren, die gezeigt worden ist, um stark zu reduzieren oder in einigen Fällen die katalytische Aktivität der Geschäftsreisebüros. 9,10 Als solche vollständig zu beseitigen, ist die grundlegende Studie über TMC Reaktivität überwiegend auf Großmikropartikel oder dünne Filme mit geführt fein gesteuert Flächen und nicht auf hohe Oberfläche TMC Nanomaterialien. Viele Verfahren sind entwickelt worden, um den TMC-Nanopartikel zu synthetisieren, jedoch sind diese Verfahren für die Synthese katalytisch aktive TMC NPs sind es nicht. Traditionelle Nassimprägnierung Techniken verwenden, Metallsalzlösungen auf einem Träger mit großer Oberfläche imprägniert. Beim Erhitzen können Nassimprägnierungsverfahren des Katalysatorträgers zu destruktiven Karburierungsbedingungen was zu einer Verschlechterung Unterstützung aussetzen. Weiterhin Sinter ceine nur bei niedrigen Beladungen Gewichts-% des Metalls auf dem Träger verringert werden, und es ist auch nicht möglich, nicht unterstützte TMC Nanopulver zu synthetisieren unter Verwendung von Nassimprägnierung. Mehrere neuere Verfahren das Vermischen eines Metallvorläufers mit einem Kohlenstoffvorläufer und Anwendung konventionellen und unkonventionellen Heiztechniken. 11-18 überschüssige Kohlenstoff wird verwendet, um das Sintern zu verhindern, aber das überschüssige Kohlenstoff führt zu umfangreichen Randkohlenstoff, so dass diese Materialien nicht für katalytische Anwendungen geeignet. Aufgrund dieser synthetischen Herausforderungen haben THZ traditionell als Cokatalysatoren 11 PGMs sucht wurde, Katalysatorträger für PGMs, 19-22 oder Träger für die aktive PGM Monoschichten 23-25. Das hier vorgestellte Verfahren bietet die Möglichkeit, sowohl nicht-gesinterten synthetisieren und Metall-termini TMC-Nanopartikel als auch Übergangsmetall-Nitrid (TMN) NPs mit einstellbaren Größen kristalline Phasen und metallische Zusammensetzung. 26. Die Methode dargestellt bietet auch die ABility TMC oder TMN Nanodispersionen zu erhalten, oder hinterlegen die TMC und TMN-Nanopartikel auf einem hohen Oberfläche Katalysatorträger bei Raumtemperatur, wodurch die thermische Unterstützung Abbau Minderung. Diese Methode eignet sich daher für eigenständige katalytische Anwendungen von TMC und TMN-Nanopartikel, die Entwicklung fortschrittlicher multi TMC und TMN-Nanopartikel oder andere Anwendungen, die fein gesteuerten Teilchengrößen und Oberflächen 26. Die hier vorgestellte Methode verwendet einen Drei-Stufen-Protokoll, um TMC und TMN-Nanopartikel zu synthetisieren. Im ersten Schritt wird eine Umkehrmikroemulsion (RME) zu beschichten frühes Übergangsmetall-Oxid (TMO) NPs in Nanokugeln aus Glas verwendet. Die Emulsion wird durch Dispergieren von Wassertröpfchen in einem nicht-polaren Medium unter Verwendung einer kommerziellen nichtionischen Tensids hergestellt. Die Kieselsäure eingekapselten TMO-Nanopartikel werden dann entweder Aufkohlen oder nitridizing Wärmebehandlungen unterworfen. Hier verhindert der Silicateilchen Sintern bei hohen Temperaturen, während es den reaktiven Gasen zu t diffundierener TMO-Nanopartikel und wandeln sie in TMC oder TMN-Nanopartikel. Im letzten Schritt werden die Kieselschalen entweder mit sauren oder alkalischen Behandlung zu TMC oder TMN-Nanodispersionen, die auf einem Träger mit hoher Oberfläche dispergiert werden können, wie beispielsweise Ruß zu erhalten.

<table><tbody><tr><td>n-heptane</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>246654</td><td></td></tr><tr><td>polyoxyethylene (4) lauryl ether</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>235989</td><td>Brij&amp;reg; L4</td></tr><tr><td>tungsten (VI) isopropoxide</td><td>Alfa Aesar</td><td>40247</td><td>W(VI)IPO</td></tr><tr><td>tungsten (VI) chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/241911?lang=en&amp;amp;region=US&quot;&gt;241911&lt;/a&gt;</td><td>To prepare W(VI)IPO, homemade</td></tr><tr><td>tungsten (IV) chloride</td><td>Strem Chemicals</td><td>74-2348</td><td>To prepare W(IV)IPO, homemade</td></tr><tr><td>tantalum (V) isopropoxide</td><td>Alfa Aesar</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.alfa.com/en/catalog/40038&quot;&gt;40038&lt;/a&gt;</td><td>Ta(V)IPO</td></tr><tr><td>niobium (V) isopropoxide</td><td>Alfa Aesar</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.alfa.com/en/catalog/36572&quot;&gt;36572&lt;/a&gt;</td><td>Nb(V)IPO</td></tr><tr><td>nickel (II) methoxyethoxide</td><td>Alfa Aesar</td><td>42377</td><td>Ni(II)MEO</td></tr><tr><td>titanium (IV) isopropoxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/87560?lang=en&amp;amp;region=US&quot;&gt;87560&lt;/a&gt;</td><td>Ti(IV)IPO</td></tr><tr><td>molybdenum (V) isopropoxide</td><td>Alfa Aesar</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.alfa.com/en/catalog/39159&quot;&gt;39159&lt;/a&gt;</td><td>Mo(V)IPO</td></tr><tr><td>molybdenum (V) chloride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/aldrich/208353?lang=en&amp;amp;region=US&quot;&gt;208353&lt;/a&gt;</td><td>To prepare Mo(V)IPO, homemade</td></tr><tr><td>tetraethyl orthosilicate</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>333859</td><td>TEOS</td></tr><tr><td>ammonium hydroxide</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>320145</td><td></td></tr><tr><td>methanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>34860</td><td></td></tr><tr><td>anhydrous isopropanol</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>&lt;a href=&quot;http://www.sigmaaldrich.com/catalog/product/sial/278475?lang=en&amp;amp;region=US&quot;&gt;278475&lt;/a&gt;</td><td>To prepare homemade alkoxides</td></tr><tr><td>ammonium bifluoride</td><td>Sigma-Aldrich</td><td>224820</td><td></td></tr><tr><td>carbon black</td><td>Cabot Corp.</td><td>Vulcan&amp;reg; XC72R</td><td></td></tr><tr><td>Methane</td><td>AirGas</td><td>ME R300</td><td></td></tr><tr><td>Hydrogen</td><td>AirGas</td><td>HY UHP300</td><td></td></tr><tr><td>Ammonia</td><td>AirGas</td><td>AM AH80N705</td><td></td></tr><tr><td>Quartz Tube Furnace</td><td>MTI Corp.</td><td>OTF-1200X-S-UL</td><td></td></tr></tbody></table>

reverse microemulsion-mediated synthesis of monometallic and bimetallic early transition metal carbide and nitride nanoparticles

Ein Reverse-Mikroemulsion wird verwendet, um mono oder Bimetall frühes Übergangsmetall-Nanopartikel in mikroporösen Silikatschalen kapseln. Die Glasverkapselte Metalloxid-Nanopartikel werden dann in einer Methan / Wasserstoff-Atmosphäre bei Temperaturen über 800 ° C aufgekohlt, um Glasverkapselte frühen Übergangsmetallcarbid-Nanopartikel zu bilden. Während der Aufkohlungsprozeß verhindern die Kieselschalen der Sinter benachbarter Hartmetall-Nanopartikel aber auch die Ablagerung von überschüssigem Oberflächenkohlen verhindern. Alternativ können die Glasverkapselte Metalloxid-Nanopartikel in einer Ammoniakatmosphäre bei Temperaturen über 800 ° C nitridiert werden Glasverkapselte frühes Übergangsmetall-Nitrid-Nanopartikel zu bilden. Durch Einstellen der Umkehrmikroemulsion Parameter die Dicke der Silikatschale und der Aufkohlung / Nitridierung Bedingungen sind die Übergangsmetall-Carbid oder Nitrid-Nanopartikel können auf verschiedene Größen, Zusammensetzungen ein abgestimmtnd Kristallphasen. Nach der Aufkohlung oder Nitrierung werden die Kieselschalen dann entweder bei Raumtemperatur eine wässrige Lösung Ammoniumbifluorid oder einer 0,1 bis 0,5 M NaOH-Lösung bei 40-60 ° C entfernt. Während die Kieselsäure Schalen Auflösen eine hohe Flächenauflagefläche, wie beispielsweise Ruß, kann zu diesen Lösungen zugegeben werden, um gelagert frühen Übergangsmetallcarbid oder -nitrid-Nanopartikel zu erhalten. Wenn kein Träger mit hoher Oberfläche zugegeben wird, dann können die Nanoteilchen als Nanodispersion gelagert oder zentrifugiert, um ein Nanopulver erhalten.

Im ersten Schritt des Protokolls ist es das Ziel, den mono oder Bimetall-Übergangsmetall-Oxid (TMO) NPs im mikroporösen Silica-Kügelchen einzukapseln. 1 zeigt Bilder repräsentative Synthesen vor und nach Fällung mit Methanol aufgenommen. Zwei reproduzierbare morphologische Verläufe wurden bei diesem Schritt, dass abhängig von den in der Synthese verwendeten Metalle zu sein scheinen, festgestellt: Die TMO NPs können einzeln mit einem Siliciumdioxid Kugel (2b) oder mehrere TMO NPs...

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Reverse Microemulsion-mediated Synthesis of Monometallic and Bimetallic Early Transition Metal Carbide and Nitride Nanoparticles

A &#8220;removable ceramic coating method&#8221; is presented in visual format for the synthesis of non-sintered and metal-terminated monometallic and bimetallic early transition metal carbide and nitride nanoparticles with tunable sizes and crystal structures.

Umkehrmikroemulsion-vermittelte Synthese von Monometallische und Bimetall frühes Übergangsmetall Carbide und Nitride Nanopartikel

A reverse microemulsion is used to encapsulate monometallic or bimetallic early transition metal oxide nanoparticles in microporous silica shells. The ...

reverse-microemulsion-mediated-synthesis-monometallic-bimetallic

Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Chemistry

10.8K Aufrufe.  Massachusetts Institute of Technology. A “removable ceramic coating method” is presented in visual format for the synthesis of non-sintered and metal-terminated monometallic and bimetallic early transition metal carbide and nitride nanoparticles with tunable sizes and crystal structures.

Serie: Reverse Microemulsion-mediated Synthesis of Monometallic and Bimetallic Early Transition Metal Carbide and Nitride Nanoparticles

Preparation and Reactivity of Gasless Nanostructured Energetic Materials

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the balls. Among other applications, it is a versatile technique that allows for effective preparation of gasless reactive nanostructured materials with high energy density per volume (Ni+Al, Ta+C, Ti+C). The structural transformations of reactive media, which take place during HEBM, define the reaction mechanism in the produced energetic&#160;composites. Varying the processing conditions permits fine tuning of the milling-induced microstructures of the fabricated composite particles. In turn, the reactivity, i.e., self-ignition temperature, ignition delay time, as well as reaction kinetics, of high energy density materials depends on its microstructure. Analysis of the milling-induced microstructures suggests that the formation of fresh oxygen-free intimate high surface area contacts between the reagents is responsible for the enhancement of their reactivity. This manifests itself in a reduction of ignition temperature and delay time, an increased rate of chemical reaction, and an overall decrease of the effective activation energy of the reaction. The protocol provides a detailed description for the preparation of reactive nanocomposites with tailored microstructure using short-term HEBM method. It also describes a high-speed thermal imaging technique to determine the ignition/combustion characteristics of the energetic materials. The protocol can be adapted to preparation and characterization of a variety of nanostructured energetic composites.

This protocol describes the preparation of gasless nanostructured energetic materials (Ni+Al, Ta+C, Ti+C) using the short-term high-energy ball milling (HEBM) technique. It also describes a high-speed thermal imaging method to study the reactivity of mechanically fabricated nanocomposites. These protocols can be extended to other reactive nanostructured energetic materials.

Vorbereitung und Reaktivität von Gaslose Nanostrukturierte Energetische Materialien

High-Energy Ball Milling (HEBM) is a ball milling process where a powder mixture placed in the ball mill is subjected to high-energy collisions from the ...

Forschung

Ingenieurwesen

Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol

In this work, a facile one-pot reaction for the formation of metal nanoparticles in a water solution through the use of n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol is presented. This compound can be used to effectively reduce and complex metal salts into metal core nanoparticles coated with the compound. By controlling the concentrations of salt and silane one is able to control reaction rates, particle size, and nanoparticle coating. The effects of these changes were characterized through transmission electron microscopy (TEM), UV-Vis spectrometry (UV-Vis), Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (NMR) and Fourier Transform Infrared spectroscopy (FTIR). A unique aspect to this reaction is that usually silanes hydrolyze and cross-link in water; however, in this system the silane is water-soluble and stable. It is known that silicon and amino moieties can form complexes with metal salts. The silicon is known to extend its coordination sphere to form penta- or hexa-coordinated species. Furthermore, the silanol group can undergo hydrolysis to form a Si-O-Si silica network, thereby transforming the metal nanoparticles into a functionalized nanocomposites.

Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-2-aminoethyl-3-aminosilanetriol

A novel method for metal core nanoparticle synthesis using a water stable silanol is described.

Die Erzeugung von nullwertigen Metallkern Nanopartikel unter Verwendung von N- (2-Aminoethyl) -3-aminosilanetriol

In this work, a facile one-pot reaction for the formation of metal nanoparticles in a water solution through the use of ...

Chemie

The Synthesis of [Sn10(Si(SiMe3)3)4]2- Using a Metastable Sn(I) Halide Solution Synthesized via a Co-condensation Technique

The number of well-characterized metalloid tin clusters, synthesized by applying the disproportionation of a metastable Sn(I) halide in the presence of a sterically demanding ligand, has increased in recent years. The metastable Sn(I) halide is synthesized at&#160;&#34;outer space conditions&#34; via the preparative co-condensation technique. Thereby, the subhalide is synthesized in an oven at high temperatures, around 1,300 &#176;C, and at reduced pressure by the reaction of elemental tin with hydrogen halide gas (e.g., HCl). The subhalide (e.g., SnCl) is trapped within a matrix of an inert solvent, like toluene at -196 &#176;C. Heating the solid matrix to -78 &#176;C gives a metastable solution of the subhalide. The metastable subhalide solution is highly reactive but can be stored at -78 &#176;C for several weeks. On heating the solution to room temperature, a disproportionation reaction occurs, leading to elemental tin and the corresponding dihalide. By applying bulky ligands like Si(SiMe3)3, the intermediate metalloid cluster compounds can be trapped before complete disproportionation to elemental tin. Hence, the reaction of a metastable Sn(I)Cl solution with Li-Si(SiMe3)3 gives [Sn10(Si(SiMe3)3)4]2- 1 as black crystals in high yield. 1 is formed via a complex reaction sequence including salt metathesis, disproportionation, and degradation of larger clusters. Further, 1 can be analyzed by various methods like NMR or single crystal X-ray structure analysis.

The Synthesis of [Sn10SiSiMe334]2- Using a Metastable SnI Halide Solution Synthesized via a Co-condensation Technique

The disproportionation reaction of a metastable Sn(I) chloride solution, obtained via the preparative co-condensation technique, is used for the synthesis of a metalloid tin cluster compound.

Die Synthese von [Sn<sub&gt; 10</sub&gt; (Si (SiMe<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 3</sub&gt;)<sub&gt; 4</sub&gt;]<sup&gt; 2</sup<sup&gt; -</sup&gt; Eine metastabile Sn (I) halogenidlösung Verwendung über eine Co-Kondensationstechnik Synthetisierter

The number of well-characterized metalloid tin clusters, synthesized by applying the disproportionation of a metastable Sn(I) halide in the presence of a ...

Synthesis and Testing of Supported Pt-Cu Solid Solution Nanoparticle Catalysts for Propane Dehydrogenation

A convenient method for the synthesis of bimetallic Pt-Cu catalysts and performance tests for propane dehydrogenation and characterization are demonstrated here. The catalyst forms a substitutional solid solution structure, with a small and uniform particle size around 2 nm. This is realized by careful control over the impregnation, calcination, and reduction steps during catalyst preparation and is identified by advanced in situ synchrotron techniques. The catalyst propane dehydrogenation performance continuously improves with increasing Cu:Pt atomic ratio.

A convenient method for the synthesis of 2 nm supported bimetallic nanoparticle Pt-Cu catalysts for propane dehydrogenation is reported here. In situ synchrotron X-ray techniques allow for the determination of the catalyst structure, which is typically unobtainable using laboratory instruments.

Synthese und Test von unterstützten Pt-Cu-Feststofflösungen Nanopartikelkatalysatoren für die Propan-Dehydrierung

A convenient method for the synthesis of bimetallic Pt-Cu catalysts and performance tests for propane dehydrogenation and characterization are ...

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

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 NixNb1-xO nanoparticles with different atomic compositions (x = 0.03, 0.08, 0.15, and 0.20) have been prepared by chemical precipitation. These NixNb1-xO catalysts are characterized by X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy, and scanning electron microscopy. The study revealed the sponge-like and fold-like appearance of Ni0.97Nb0.03O and Ni0.92Nb0.08O on the NiO surface, and the larger surface area of these NixNb1-xO catalysts, compared with the bulk NiO. Maximum surface area of 173 m2/g can be obtained for Ni0.92Nb0.08O catalysts. In addition, the catalytic hydroconversion of lignin-derived compounds using the synthesized Ni0.92Nb0.08O catalysts have been investigated.

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

A protocol for the synthesis of sponge-like and fold-like Ni1-xNbxO nanoparticles by chemical precipitation is presented.

Chemischen Niederschlag-Methode für die Synthese von Nb2O5 geändert, Bulk-Nickel-Katalysatoren mit hoher spezifischer Oberfläche

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 ...

Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles

The size, size distribution and stability of colloidal nanoparticles are greatly affected by the presence of capping ligands. Despite the key contribution of capping ligands during the synthesis reaction, their role in regulating the nucleation and growth rates of colloidal nanoparticles is not well understood. In this work, we demonstrate a mechanistic investigation of the role of trioctylphosphine (TOP) in Pd nanoparticles in different solvents (toluene and pyridine) using in situ SAXS and ligand-based kinetic modeling. Our results under different synthetic conditions reveal the overlap of nucleation and growth of Pd nanoparticles during the reaction, which contradicts the LaMer-type nucleation and growth model. The model accounts for the kinetics of Pd-TOP binding for both, the precursor and the particle surface, which is essential to capture the size evolution as well as the concentration of particles in situ. In addition, we illustrate the predictive power of our ligand-based model through designing the synthetic conditions to obtain nanoparticles with desired sizes. The proposed methodology can be applied to other synthesis systems and therefore serves as an effective strategy for predictive synthesis of colloidal nanoparticles.

The main goal of this work is to elucidate the role of capping agents in regulating the size of palladium nanoparticles by combining in situ small angle x-ray scattering (SAXS) and ligand-based kinetic modeling.

Liganden-vermittelten Keimbildung und das Wachstum von Palladium Metall-Nanopartikeln

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

Synthesis of Bimetallic Pt/Sn-based Nanoparticles in Ionic Liquids

We demonstrate a method for the synthesis of bimetallic nanoparticles consisting of Pt and Sn. A synthesis strategy is used in which the particular physico-chemical properties of ionic liquids (ILs) are exploited to control both nucleation and growth processes. The nanoparticles form colloidal sols of very high colloidal stability in the IL, which is particularly interesting in view of their use as quasi-homogeneous catalysts. Procedures for both nanoparticle extraction in conventional solvents and for nanoparticle precipitation are presented. The size, structure and composition of the synthesized nanocrystals are confirmed using inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy (ICP-AES), X-ray diffraction analysis (XRD) and transmission electron microscopy (TEM) with energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDX). By this, we show that the nanocrystals are random-type alloy and of small (2-3 nm) size. The catalytic activity and selectivity in the hydrogenation of &#945;,&#946;-unsaturated aldehydes is tested in a semi-continuous batch-type reactor. In this context, the bimetallic Pt/Sn-based nanoparticles reveal a high selectivity towards the unsaturated alcohol.

A protocol for the synthesis of bimetallic nanoparticles in ionic liquids and the procedure of their catalytic testing in the selective hydrogenation of unsaturated aldehydes are described.

Synthese von Bimetall Pt/Sn-basierte Nanopartikel in ionischen Flüssigkeiten

We demonstrate a method for the synthesis of bimetallic nanoparticles consisting of Pt and Sn. A synthesis strategy is used in which the particular ...

Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. Here, we introduce the molten-salt synthesis (MSS) method for making metal oxide nanomaterials. Advantages over other methods include its simplicity, greenness, reliability, scalability, and generalizability. Using pyrochlore lanthanum hafnium oxide (La2Hf2O7) as a representative, we describe the MSS protocol for the successful synthesis of complex metal oxide nanoparticles (NPs). Furthermore, this method has the unique ability to produce NPs with different material features by changing various synthesis parameters such as pH, temperature, duration, and post-annealing. By fine-tuning these parameters, we are able to synthesize highly uniform, non-agglomerated, and highly crystalline NPs. As a specific example, we vary the particle size of the La2Hf2O7&#160;NPs by changing the concentration of the ammonium hydroxide solution used in the MSS process, which allows us to further explore the effect of particle size on various properties. It is expected that the MSS method will become a more popular synthesis method for nanomaterials and more widely employed in the nanoscience and nanotechnology community in the upcoming years.

Here, we demonstrate a unique, relatively low-temperature, molten-salt synthesis method for preparing uniform complex metal oxide lanthanum hafnate nanoparticles.

Salzschmelze Synthese von komplexen Metall-Oxid-Nanopartikel

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. ...

Imine Metathesis by Silica-Supported Catalysts Using the Methodology of Surface Organometallic Chemistry

With this protocol, a well-defined singlesite silica-supported heterogeneous catalyst [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)] is designed and prepared according to the methodology developed by surface organometallic chemistry (SOMC). In this framework, catalytic cycles can be determined by isolating crucial intermediates. All air-sensitive materials are handled under inert atmosphere (using gloveboxes or a Schlenk line) or high vacuum lines (HVLs, &#60;10-5 mbar). The preparation of SiO2-700 (silica dehydroxylated at 700 &#176;C) and subsequent applications (the grafting of complexes and catalytic runs) requires the use of HVLs and double-Schlenk techniques. Several well-known characterization methods are used, such as Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), elemental microanalysis, solid-state nuclear magnetic resonance spectroscopy (SSNMR), and state-of-the-art dynamic nuclear polarization surface enhanced NMR spectroscopy (DNP-SENS). FTIR and elemental microanalysis permit scientists to establish the grafting and its stoichiometry. 1H and 13C SSNMR allows the structural determination of the hydrocarbon ligands coordination sphere. DNP SENS is an emerging powerful technique in solid characterization for the detection of poorly sensitive nuclei (15N, in our case). SiO2-700 is treated with about one equivalent of the metal precursor compared to the amount of surface silanol (0.30 mmol&#183;g-1) in pentane at room temperature. Then, volatiles are removed, and the powder samples are dried under dynamic high vacuum to afford the desired materials [(&#8801;Si-O-)Hf(&#951;2&#960;-MeNCH2)(&#951;1-NMe2)(&#951;1-HNMe2)]. After a thermal treatment under high vacuum, the grafted complex is converted into metal imido silica complex [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)]. [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)] effectively promotes the metathesis of imines, using the combination of two imine substrates, N-(4-phenylbenzylidene)benzylamine, or N-(4-fluorobenzylidene)-4-fluoroaniline, with N-benzylidenetert-butylamine as substrates. A significantly lower conversion is observed with the blank runs; thus, the presence of the imido group in [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)] is correlated to the catalytic performance.

A new group IV metal catalyst for imine metathesis is prepared by grafting amine metal complex onto dehydroxylated silica. Surface metal fragments are characterized using FT-IR, elemental microanalysis, and solid-state NMR spectroscopy. Further dynamic nuclear polarization surface enhanced NMR spectroscopy experiments complement the determination of the coordination sphere.

Imine Metathesis von Silica-unterstützten Katalysatoren mit der Methodik der Oberflächenorganometallischen Chemie

With this protocol, a well-defined singlesite silica-supported heterogeneous catalyst [(&#8801;Si-O-)Hf(=NMe)(&#951;1-NMe2)] is designed and prepared ...

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

The synthesis of high surface area porous noble metal nanomaterials generally relies on time consuming coalescence of pre-formed nanoparticles, followed by rinsing and supercritical drying steps, often resulting in mechanically fragile materials. Here, a method to synthesize nanostructured porous platinum-based macrotubes and macrobeams with a square cross section from insoluble salt needle templates is presented. The combination of oppositely charged platinum, palladium, and copper square planar ions results in the rapid formation of insoluble salt needles. Depending on the stoichiometric ratio of metal ions present in the salt-template and the choice of chemical reducing agent, either macrotubes or macrobeams form with a porous nanostructure comprised of either fused nanoparticles or nanofibrils. Elemental composition of the macrotubes and macrobeams, determined with x-ray diffractometry and x-ray photoelectron spectroscopy, is controlled by the stoichiometric ratio of metal ions present in the salt-template. Macrotubes and macrobeams may be pressed into free standing films, and the electrochemically active surface area is determined with electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. This synthesis method demonstrates a simple, relatively fast approach to achieve high-surface area platinum-based macrotubes and macrobeams with tunable nanostructure and elemental composition that may be pressed into free-standing films with no required binding materials.

A synthesis method to obtain porous platinum-based macrotubes and macrobeams with a square cross section through chemical reduction of insoluble salt-needle templates is presented.

Eine salzgemusterte Synthesemethode für poröse Platin-basierte Makrostrahlen und Makroröhren

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

Umkehrmikroemulsion-vermittelte Synthese von Monometallische und Bimetall frühes Übergangsmetall Carbide und Nitride Nanopartikel

Zusammenfassung

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