Diese Arbeit wurde von Rowland Fellows Program an der Rowland Institute der Harvard-Universität unterstützt. Diese Arbeit erfolgte teilweise in der Mitte für Nanoscale Systems (ZNS), Mitglied der nationalen Nanotechnologie Infrastrukturnetz, die von der National Science Foundation unter Award unterstützt wird keine. ECS-0335765. Das ZNS ist Teil der Harvard University.

1. Vorbereitung der Ni Single Atom Katalysator (NiN-GS)
<ol><li>Vorbereitung der Elektrospinnen Vorläufer Lösung<ol>
<li>Nehmen Sie ein Fläschchen 20 mL funkeln, Auflösen von 0,5 g Polyacrylnitril (Mw= 150.000), 0,5 g Polypyrrolidone (Mw= 1.300.000), 0,5 g Ni (Nr.3)2·6H2O und 0,1 g Dicyandiamid (DCDA) in 10 mL der Dimethylformamid (DMF).</li>
		<li>Erhitzen Sie die DMF-Mischung auf 80 ° C und halten Sie die Mischung auf 80 ° C unter ständigem Rühren, bis alle Polymere und Salz aufgelöst und eine klare Lösung wird beobachtet.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Elektrospinnen Polymerfasern herzustellen<ol>
<li>Konventionelle Elektrospinnen Parameter als: 15 kV statische elektrische Spannung, 15 cm Luft Spalt Abstand, eine Sammlung Substrat 8 × 8 cm Kohlefaser-Papier (GFP) mit - 4 kV elektrische Spannung.</li>
		<li>Extrakt 5 mL Vorläufer-Lösung in eine 5 mL Spritze, Spritze Pumpe mit einer Durchflussrate von 1,2 mL h−1und dann beginnen die Elektrospinnen. Hinweis: Eine hohe Spannung wird für Elektrospinnen verwendet. Obwohl sehr geringer Strom durch das System während Spinnen Prozess geht, empfiehlt sich eine isolierte Holzgehäuse.</li>
		<li>Nehmen Sie das GFP-Substrat, sobald die Elektrospinnen abgeschlossen ist. Ein Polymerfilm Faser deckt die GFP-Oberfläche.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Glühen Polymerfasern in Kohlenstoff-Nanoröhren<ol>
<li>Heizen Sie als vorbereitet Polymer Faser Film/GFP bis 300 ° C in 1,5 h in einem Box-Ofen zu, und halten Sie die Temperatur für 0,5 h, die Polymere zu oxidieren. Hinweis: Nach der Oxidation ist Nanofasern (NFs) selbst losgelöst von der resultierenden in der freistehenden Film Kohlepapier.</li>
		<li>Der Schere verwenden, um diese Nanofasern in kleinere Stücke geschnitten (~ 0,5 cm × 2 cm) und legen Sie sie in ein quarzboot.</li>
		<li>Legen Sie das quarzboot in einem Rohrofen und innerhalb bilden Gasatmosphäre (5 % H2 Ar) entlüften. Halten Sie den Gasdurchsatz als 100 Sccm und der Druck als 1 Tor.</li>
		<li>Innerhalb von 10 min Rampen bis 300 ° C und 2 h Rampen bis 750 ° C, wo es ein weiteres 1 h gewartet und gefolgt von der natürlichen Abkühlung erwärmen.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Ball Mühle als synthetisiert NiN-GS Katalysator für 5 min zu Nanopulver für Katalyse und Charakterisierungen.</li>
</ol>2. elektrochemische CO2 -Reduktion-Messungen
<ol><li>Zelle und Elektroden<ol>
<li>0,1 M KHCO3 Elektrolyt für die folgenden Messungen vorbereiten, lösen Sie zuerst 2,5 g KHCO3 in 250 mL Reinstwasser, dann Reinigen des Elektrolyts durch Elektrolyse zwischen beiden Graphitstäbe bei 0,1 mA für 24 h, entfernen verfolgen Menge an Metall Ionen.</li>
		<li>Nehmen Sie eine frische (elektrochemisch) polierte glasige Kohlenstoff (1 cm × 2 cm), und bedecken Sie seine Rückseite mit einer elektrochemisch inerten, hydrophobe Wachs als funktionierende Elektrode Substrat.</li>
		<li>Nehmen Sie ein Fläschchen 4 mL funkeln, 5 mg als bereit NiN-GS Katalysator mit 1 mL Ethanol und 100 µL Ionomer-Lösung (5 % in 2-Proponal) in das Fläschchen mischen und für 20 min eine homogene Katalysatoren Tinte Aussetzung zu beschallen.</li>
		<li>Pipettieren 80 µL der Katalysator Tinte auf 2 cm2 glassy Carbon-Oberfläche (0,2 mg cm-2 Masse laden) und Vakuum trocknen den Katalysator überdachte Elektrode in den Exsikkator gestellt vor dem Gebrauch.</li>
		<li>Verwenden Sie eine platinfolie und einer gesättigten Kalomel-Elektrode (SCE) als Zähler und Bezugselektrode, beziehungsweise.</li>
		<li>Verwenden Sie eine angepasste gasdichte H-Typ Glas Zelle, getrennt durch Proton Exchange Membrane für die oben genannten 3 Elektroden, die Montage sowie die elektrochemische Tests ausgeführt.</li>
		<li>Legen Sie die Arbeitselektrode und SCE Bezugselektrode in einem Abteil H-Zelle und Pt Folie Elektrode in die andere Kammer. Injizieren ~ 25 mL Elektrolyt in jedem Fach H-Zelle.</li>
		<li>Verbinden Sie die 3 Elektroden in H-Zelle mit dem elektrochemischen Arbeitsplatz für potentielle Kontrolle.</li>
		<li>Bubble-Elektrolyten mit N2 bei 50.0 Sccm (von mass Flow Controller überwacht) für 30 min in Richtung N2-0,1 M KHCO3gesättigt.</li>
		<li>Zyklischer Voltammetrie (CV) Technik in EC-Lab Software auswählen, stellen Sie "E-Bereich (potenzielle)" als "-10 V bis 10 V", "Ich Range (aktuell)" als "Auto", führen 5 kontinuierliche CV-Scans von -0,5 V bis -1,8 V (gegen SCE) bei einer Abtastrate von 50 mV/s in N2-0,1 M KHCO3gesättigt.</li>
		<li>Ändern Sie in 50 Sccm CO2 Gasstrom, warten Sie 30 Minuten in Richtung CO2-0,1 M KHCO3 Elektrolyt gesättigt und pflegen den gleichen CO2 Fluss während der folgenden Elektrolyse.</li>
		<li>CV-Technik in EC-Lab Software auswählen, stellen Sie "E-Bereich (potenzielle)" als "-10 V bis 10 V", "Ich Range (aktuell)" als "Auto", führen 5 kontinuierliche CV-Scans von -0,5 V bis -1,8 V (gegen SCE) bei einer Abtastrate von 50 mV/s CO2-0,1 M KHCO3gesättigt.</li>
		<li>Verwenden einen pH Meter um die pH-Werte der Elektrolyte, dhzu bestimmen., 0,1 M KHCO3 gesättigt mit N2 oder CO2.</li>
		<li>Konvertieren Sie alle Potentiale gemessen gegen SCE zu reversiblen Wasserstoff-Elektrode (RHE) Skala in dieser Arbeit mit E (Vs RHE) = E (gegen SCE) + 0.244 V + 0.0591 × pH.</li>
		<li>Bestimmen Sie Lösung Widerstand (Ru) im EC-Lab Software durch Auswahl Potentiostatischer elektrochemische Impedanz Spektroskopie (PEIS) Technik, dann eingestellte Frequenzbereich von 0,1 Hz bis 200 kHz, Aufzeichnen des Widerstandswertes.</li>
		<li>Manuell kompensieren iR-drop als E (iR korrigiert Vs RHE) = E (Vs RHE) - Ru × ich (Ampere des aktuellen Durchschnitts).</li>
	</ol>
</li>
	<li>CO2 -Reduktion Produktanalyse durch Online-Gaschromatographen (GC)<ol>
<li>Beschäftigen Sie eine GC, ausgestattet mit einer Kombination von Molekularsieb 5A Spalten "und" Micropacked für die Gasanalyse Produkte während CO2RR. Hinweis: Detaillierte GC-Säule-Typen finden Sie im beigefügten Tabelle der Materialien.</li>
		<li>Verwenden Sie eine Wärmeleitfähigkeit-Detektor (TCD), H2 Konzentration zu quantifizieren und einem Flammenwächter Ionisation (FID) mit einer Methanizer zur quantitativen Analyse CO-Gehalt und/oder irgendeiner anderen Alkans Sorte.</li>
		<li>Verwenden Sie zwei verschiedene standard-Gase für die Kalibrierkurven H2 und CO-Konzentration (H2: 100 und 1042 ppm; CO: 100 und 496.7 ppm; ausgewogen mit Argon).</li>
		<li>Während der Elektrolyse, pflegen CO2 -Gas-Durchfluss bei 50.0 Sccm, liefern CO2 in der kathodischen Depot mit CO2-gesättigten 0,1 M KHCO3 Elektrolyt und Vent den Auspuff in GC.</li>
		<li>Schrittweise Melodie halten die Spannung an der Arbeitselektrode, von -0,3 bis -1,0 V vs. RHE, ~ 15 min für jede Potenzial und Aufzeichnung der entsprechenden Chronoamperimetric-Kurve.</li>
		<li>Bestimmen Sie die H-2 und CO-Gehalt im Abgas von TCD und FID Signale bzw.. Hinweis: Die Gasprodukte sind nach einer kontinuierlichen Elektrolyse von Stichprobe ~ 10 min unter jedes Potenzial. Die 50 Sccm CO2 -Gas, gemischt mit kontinuierlich produziert H2 und CO, floss durch die Probenahme-Schleife (1 mL) des GC während der Elektrolyse.</li>
		<li>Berechnen Sie die teilweise Stromdichte für ein bestimmtes Gas-Produkt als unten: <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/57380/57380eq2.jpg"> wo Xich der Volumenanteil des bestimmten Produkts durch Online-GC bezogen auf Kalibrierkurven bestimmt ist von zwei standard Gasproben (Scott und Airgas), V ist die Durchflussmenge von 50 Sccm, nich die Anzahl der Elektronen beteiligt, p0 = 101,3 kPa und F ist die Faradaic-Konstante und R die Gaskonstante ist.</li>
		<li>Berechnen der entsprechenden Faradaic Wirkungsgrad (FE) bei jeder Potenzial als <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/57380/57380eq7.jpg"> </img>. Hinweis: Die insgesamt Faradaic Effizienz könnte in einem Bereich von 90 bis 110 % aufgrund der Fehler von Gas-Durchfluss, Stromdichte und Gasanalyse Konzentration auf GC.</li>
	</ol>
</li>
</ol>

<ol>
	<li>Lewis, N. S., Nocera, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Powering+the+planet:+Chemical+challenges+in+solar+energy+utilization.">Powering the planet: Chemical challenges in solar energy utilization.</a> P. Natl. Acad. Sci. USA. 103, 15729-15735 (2006).</li><li>Appel, A. M., 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=Frontiers,+Opportunities,+and+Challenges+in+Biochemical+and+Chemical+Catalysis+of+CO2+Fixation.">Frontiers, Opportunities, and Challenges in Biochemical and Chemical Catalysis of CO2 Fixation.</a> Chem. Rev. 113, 6621-6658 (2013).</li><li>Jhong, H. R., Ma, S. C., Kenis, P. J. 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A., Abbaschian, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Growth+of+large-area+graphene+films+from+metal-carbon+melts.">Growth of large-area graphene films from metal-carbon melts.</a> J. Appl. Phys. 108, 094321 (2010).</li><li>Krasheninnikov, A. V., Lehtinen, P. O., Foster, A. S., Pyykk&#246;, P., Nieminen, 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=Embedding+Transition-Metal+Atoms+in+Graphene:+Structure,+Bonding,+and+Magnetism.">Embedding Transition-Metal Atoms in Graphene: Structure, Bonding, and Magnetism.</a> Phys. Rev. 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A., Cretu, O., Banhart, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Trapping+of+Metal+Atoms+in+Vacancies+of+Carbon+Nanotubes+and+Graphene.">Trapping of Metal Atoms in Vacancies of Carbon Nanotubes and Graphene.</a> ACS Nano. 4, 3422-3428 (2010).</li><li>Jiang, 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=Transition+metal+atoms+in+a+graphene+shell+as+active+centers+for+highly+efficient+artificial+photosynthesis.">Transition metal atoms in a graphene shell as active centers for highly efficient artificial photosynthesis.</a> Chem. 3, 950-960 (2017).</li><li>Jiang, K., Wang, H., Cai, W. B., Wang, H. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Li+Electrochemical+Tuning+of+Metal+Oxide+for+Highly+Selective+CO2+Reduction.">Li Electrochemical Tuning of Metal Oxide for Highly Selective CO2 Reduction.</a> ACS Nano. 11, 6451-6458 (2017).</li><li>Jiang, 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=Silver+Nanoparticles+with+Surface-Bonded+Oxygen+for+Highly+Selective+CO2+Reduction.">Silver Nanoparticles with Surface-Bonded Oxygen for Highly Selective CO2 Reduction.</a> ACS Sustain Chem. 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In den oben beschriebenen Elektrospinnen Prozess, zwei wichtige Schritte in materiellen Syntheseverfahren beachten: (1) Heizung die DMF-Mischung (Schritt 1.1.2), und (2) die Pumpe Rate einstellen (Schritt 1.2.2) um die Spinnen möglichst übereinstimmen. SEM Bild in Abbildung 1A zeigt die erhaltenen Kohlenstoff Nanofasern miteinander (~ 200 nm im Durchmesser). Sie wurden durch Kugel Fräsen für Charakterisierungen wie in Abbildung 1 bin kleine Stücke gebrochen. NI-Nanopartikel wurden in der Kohlenstoff Nanofasern gleichmäßig verteilt. Kohlenstoffatomen, die unter hoher Temperatur mit Ni legiert würde sich Niederschlag und wurden während der Abkühlung Prozess Form Graphene Schichten auf der Metalloberfläche Ni katalysiert. Ein näherer Betrachtung der Ni-NPS durch Aberration korrigiert Stamm in Abbildung 1 zeigt, dass die NP fest durch ein paar Schichten eingekapselt ist (~ 10 nm) des Graphen bestätigt die gemittelten lagenabstand von ~ 0,34 nm. Keine Ni-Cluster wurden innerhalb der GS beobachtet. Diese Schale Ni NP aus einen direkten Kontakt mit dem wässrigen Elektrolyten verhindert und kann so dramatisch sie unterdrücken. Die Existenz von Ni-Atome in der Oberfläche Shell bestätigte Energie dispersiven Röntgen-Spektroskopie (EDS) Zuordnung in Abbildung 1. Das Z-Kontrast STEM-Bild auf der linken Seite zeigt drei helle Bereiche repräsentieren drei Ni NPs mit einem von ihnen wies darauf hin, durch den gelben Kreis. Im Ni Zuordnung Bild (gekennzeichnet durch grüne Punkte), zusätzlich zu den NP-Regionen mit konzentrierter Signale Ni Gipfel wurde auch erkannt in den Nachbargebieten Kohlenstoff zeigen die erfolgreiche Einbeziehung der Ni-Atome in der GS. N-Dotierung hier spielt eine entscheidende Rolle bei der Schaffung von Mängeln in den Graphen-Schichten, die hilft, zu fangen und Bindung eine beträchtliche Anzahl von Ni-Atome in der GS. Die koordinierte Ni Atome innerhalb der Graphene Schichten in NiN-GS zeigten unterschiedliche Oxidationsstufen von Ni NPs unter fallenden Röntgen-Photoelektronen-Spektroskopie, was darauf hindeutet, das erfolgreiche tuning von Ni elektronischen Strukturen und damit die mögliche Tuning der seine katalytischen Aktivitäten. Jene Ni einzelner Atome in beengten Graphen Matrix gefangen Außerdem können nicht leicht bei praktischen Anwendungen, verschoben werden um die umgeht der Katalysator strukturelle Umbauten in rauen Reaktionsbedingungen.
Obwohl einige früheren Studien, CO2 vorgeschlagen-zu-CO Katalyse auf Metall-Stickstoff-Kohlenstoff-Sites, einige Beweise bisher wurde berichtet, dass die einzelatom-Morphologie oder die Koordination Umwelt der aktiven Zentren zu demonstrieren. Hierin wird eine direkte Beweise für die Ni einzelner Atome in Graphen stellen koordiniert durch die dreidimensionale (3D) atomarer Auflösung Atom Sonde Tomographie (APT) Charakterisierung, gewonnen, die ist in der Lage zu erkennen, ob diese Ni-Atome isoliert einzelne Atome sind oder kleine Gruppen, und ob diese Ni atomaren Websites mit N abgestimmt sind. Das projizierte 2D Bild 3D Computertomographie der NiN-GS-Katalysator wurde in Abbildung 2Agezeigt. Jedes Pixel repräsentiert ein einzelnes Atom. Wie in Abbildung 2 b, Weg von den Gebieten mit konzentrierter Ni NPs gibt es auch eine beträchtliche Anzahl von Ni Atome zerstreut in Kohlenstoff, Einklang mit unserem EDX Mapping in Abbildung 1. Höhenlinienkarte mit einem Intervall von 2 % in Abbildung 2 bietet detaillierte Verteilungsinformationen Ni Atome im Katalysator, mit verringerter Ni Atom Konzentrationen von Ni-Quellen. Lokale Koordination Umgebung von Ni-Atomen wurde gezeigt, indem man einen genaueren Blick auf Graphene Schichten in Abb. 2D. Es gibt ein paar Ni einzelner Atome in Graphen stellen koordiniert eine direkte Nachweis der einzelnen Ni atomic Website. Keine Ni-Cluster wurden beobachtet. Darüber hinaus wir auch aufgefallen, dass gibt es einen Ni-Atom koordiniert mit einem N-Atom in Graphen Vakanz, schlägt ein kleines Verhältnis von Ni atomaren Websites mit N Atomen koordiniert. Weitere detaillierte Informationen über die umliegenden Koordinierung der Ni atomaren Websites aus Statistik und Quantitative Analyse (Abb. 2F) extrahiert werden können. Der ausgewählte Bereich mit verstreuten Ni Atome wird angegeben durch den gelben Kreis in Abbildung 2A und in Abbildung 2Evergrößert. Unter all den Ni-Atome in diesem Bereich sind 83 % von ihnen in einzelne Atome, ohne benachbarte Ni Atome näher als 2.2 Å. Darüber hinaus in diesen Ni einzelne Atome, nur 0,2 % von ihnen sind direkt mit koordiniert benachbarten N (weniger als 2 Å), was darauf hindeutet, dass die meisten Ni atomaren Orte mit C-Atomen koordiniert werden. Detaillierter experimentellen Ansatz einschließlich Synchrotron-basierte x-ray Absorption Spektroskopie Charakterisierung, in Situ elektrochemische abgeschwächt totale Reflexion Infrarot-Spektren (ATR-IR) mit CO als Oberflächen-Temperaturfühler, zusammen mit anderen Experimente Design und Dichte funktionale Theorie (DFT) Simulationen von CO2-in-CO-Reduzierung über verschiedene Koordination Moieties erfolgen aktive Zentrum Ni einzelatom Seiten umfassend zu untersuchen und diese Ergebnisse finden in Jiang, K. Et al. 19.
Die elektrokatalytische CO2RR Leistung der NiN-GS Katalysator, drop auf glasartige Kohlenstoff Stromabnehmer gegossen, in 0,1 M KHCO3 Elektrolyt in einer angepassten H-Zelle durchgeführt. Gasprodukte werden analysiert, indem GC auf mögliche Schritte von 100 mV und weiter vergrößert, in 50 mV rund um den FE-Gipfel. Beachten Sie, dass die Konzentration des Gases Produkte kann durch Ändern der CO2 Gas-Durchfluss (Schritt 2.2.4) abgestimmt werden und daher können die FE-Messungen auch für kleine Ströme zutreffen. Unter den Chronoamperometric-Test der CO2 -Reduktion unter-0.82 V Vs RHE zum Beispiel (Abb. 3 b), nach der Gasstrom in Probenahme Schleife, H2 geht bei ~5.5 min vom TCD und CO erkannt wird ist röntgenologisch bei ~ 12 min FID, entspricht einem CO-FE von ~ 93 % und H2 FE ~ 12 %. Angesichts der vielfältigen CO2RR Vertrieb, liefert die vorliegende Online-GC-Setup so wertvolle Informationen über die Echtzeitverfolgung Auspuff Inhalte während der Elektrolyse.
Zusammenfassend lässt sich sagen haben wir eine Methode zur Integration von Übergangsmetall-Atome in einer genau definierten zweidimensionalen Matrix und effektiv tuning ihrer elektronischen Strukturen und damit die Begünstigung der gewünschten CO2RR Wege gezeigt. Das Protokoll der CO2RR Gasanalyse Produkt bietet eine detaillierte und standard Methode um die Faradaic Effizienz der einzelnen Produkte genau zu messen. Angesichts der Vielfalt der einzelnen Atom-Katalysator-Anwendungen, bietet dieses Protokolls bestehend aus facile Katalysator Vorbereitung und Analyse von Online-Produkten eine wichtige Plattform für die Gestaltung von verschiedenen robusten einzelatom Übergangsmetallkatalysatoren, zu erfüllen effizienter erneuerbarer Energie Umwandlung und chemischen industriellen Anforderungen.

Konvertieren von CO2 in Chemikalien oder Kraftstoffe mit sauberem Strom gewinnt zunehmend an Bedeutung als ein möglicher Weg zur Verhinderung weiterer CO2 Emissionen1,2,3,4, 5,6. Jedoch mit dieser praktischen Anwendung derzeit durch die geringe Aktivität und Selektivität der CO2 Reduktionsreaktion (CO2RR) durch die hohe kinetischen Barrieren und die Konkurrenz mit Wasserstoff Evolution Reaktion (HER) in wässrigen herausgefordert Medien. Die meisten traditionellen Übergangsmetall-Katalysators, wie Fe, Co, Ni, weisen niedrige CO2RR Selektivität durch ihre hervorragende HER Aktivitäten7,8. Effektiv ihre Materialeigenschaften ändern die Reaktionswege auf diese Übergangsmetallkatalysatoren tuning wird kritisch ihre CO2RR Selektivität zu verbessern. Unter verschiedenen Methoden zum Ändern der elektronischen Eigenschaften von Katalysatoren zieht die Metallatome in einem einzelatom-Morphologie Dispergieren intensive Aufmerksamkeit vor kurzem wegen ihrer dramatisch veränderten katalytische Verhalten im Vergleich zu ihrer Masse Gegenstück 9 , 10 , 11. jedoch aufgrund der hohen Beweglichkeit der ungebundene Atome, es ist ziemlich schwierig, einzelne Metallatome ohne die Anwesenheit von unterstützenden Materialien zu erhalten. Deshalb Host Matrixmaterial mit defekten erstellt beschränken und mit Übergangsmetall Atome koordinieren muss. Dies könnte eröffnen Ihnen neue Möglichkeiten auf: (1) die elektronischen Eigenschaften der Übergangsmetalle als CO2RR aktive Zentren und 2 Stimmen) gleichzeitig pflegen relativ einfachen atomaren Koordination für grundlegender Mechanismus Studien. Diese Übergangsmetall-Atome gefangen in einer beengten Umgebung darüber hinaus können nicht leicht während der Katalyse, verschoben werden um die Keimbildung oder Rekonstruktionen von Oberflächenatomen beobachtet in vielen Fällen12,13 verhindert ,14.
Zweidimensionalen Ebenen Graphen ist von besonderem Interesse als Host für einzelne Metallatome aufgrund ihrer hohen elektronenleitfähigkeit, chemische Beständigkeit und Trägheit, CO2 -Reduktion und ihre katalytische Reaktionen. Noch wichtiger ist, kannte man Fe, Co und Ni Metalle zu den Kohlenstoff Graphitisierung Prozess auf ihrer Oberfläche15katalysieren können. Kurz gesagt, würde diese Übergangsmetalle mit Kohlenstoff während der Hochtemperatur-thermische glühprozess Legierung. Sinkt die Temperatur, Carbon beginnt, Legierungsmetall phasenverschoben auszufällen und Form Graphene Schichten auf der Oberfläche des Übergangsmetall katalysiert wird. Während dieses Prozesses wäre mit Graphen-Fehler generiert, einzelne Metallatome in Graphen Mängel als die aktiven Zentren für CO2RR16,17,18,19gefangen. Hier berichten wir über dieses ausführliche Protokoll Absicht zu helfen, neue Praktiker auf dem Gebiet der einzelnen Atom Katalyse, sowie eine explizite Demonstration Online-Co2 -Reduktion-Produkt-Analyse zur Verfügung zu stellen. Weitere Informationen finden in unserer kürzlich veröffentlichten Artikel19 und eine Reihe von damit verbundenen Arbeiten20,21,22,23.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="829">
	<tbody>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:216px;">syringe pump&#160;</td>
			<td style="width:164px;">KD Scientific</td>
			<td style="width:151px;">KDS-100</td>
			<td style="width:299px;"></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:216px;">tube furnance</td>
			<td style="width:164px;">Lindberg/Blue M</td>
			<td style="width:151px;">TF55035A-1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">ball miller</td>
			<td style="width:164px;">SPEX SamplePrep</td>
			<td style="width:151px;">5100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">electrochemical work station</td>
			<td style="width:164px;">BioLogic</td>
			<td style="width:151px;">VMP3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">pH meter</td>
			<td style="width:164px;">Orion</td>
			<td style="width:151px;">320 PerpHecT&#160;</td>
			<td>2 points calibration before use</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">gas chromatograph</td>
			<td style="width:164px;">Shimadzu</td>
			<td style="width:151px;">GC-2014</td>
			<td>a combined seperation system consisting of molecular sieve 5A, Hayesep Q, Hayesep T, and Hayesep N</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">mass flow controller</td>
			<td>Alicat Scientific&#160;</td>
			<td style="width:151px;">MC-50SCCM-D/5M</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">ultrapure water system</td>
			<td>Millipore</td>
			<td>Synergy</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">vacuum desiccator&#160;</td>
			<td>PolyLab</td>
			<td>55205</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">polyacrylonitrile</td>
			<td style="width:164px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">181315</td>
			<td>Mw=150,000</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">polypyrrolidone</td>
			<td style="width:164px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">437190</td>
			<td>Mw=1,300,000</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">Ni(NO3)26H2O</td>
			<td style="width:164px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">244074</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">dicyandiamide</td>
			<td style="width:164px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">D76609</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">dimethylformamide</td>
			<td style="width:164px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">227056</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">carbon fiber paper&#160;</td>
			<td style="width:164px;">AvCarb</td>
			<td style="width:151px;">MGL370</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Nafion 117 membrane</td>
			<td style="width:164px;">Fuel Cell Store</td>
			<td style="width:151px;">117</td>
			<td>used as proton exchange membrane in H-cell</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">KHCO3</td>
			<td style="width:164px;">Sigma-Aldrich</td>
			<td style="width:151px;">431583</td>
			<td>further purified by electrolysis</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">platinum foil&#160;</td>
			<td style="width:164px;">Beantown Chemical</td>
			<td style="width:151px;">126580</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">saturated calomel electrode</td>
			<td style="width:164px;">CH Instruments</td>
			<td style="width:151px;">CHI150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="27">
			<td height="27" style="height:27px;width:216px;">glassy carbon electrode</td>
			<td style="width:164px;">HTW GmbH</td>
			<td style="width:151px;">SIGRADUR</td>
			<td>1 cm &#215; 2 cm</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">wax</td>
			<td>Apiezon</td>
			<td style="width:151px;">W-W100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Nafion 117 solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>70160</td>
			<td>used as ionomer in catalyst ink preparation&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">forming gas</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>UHP</td>
			<td>5% H2 balanced with Ar</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">carbon dioxide</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>LaserPlus</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">sandard gas</td>
			<td>Airgas</td>
			<td>customized</td>
			<td>500 ppm CO, 500 ppm CH4, 1000 ppm H2 balanced with Ar</td>
		</tr>
		<tr height="25">
			<td height="25" style="height:25px;">sandard gas</td>
			<td>Air Liquide</td>
			<td>customized</td>
			<td>100 ppm H2, 100 ppm CO and other alkanes balanced with Ar</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

synthesis and performance characterizations of transition metal single atom catalyst for electrochemical co2 reduction

Dieses Protokoll stellt die Synthese-Methode des Katalysators Ni einzelnes Atom, sowohl die Elektrochemische Prüfung ihrer katalytischen Aktivität und Selektivität in wässrigen CO2 -Reduktion. Anders als bei traditionellen Metall-Nanokristalle, beinhaltet die Synthese der einzelnen metallatomen Matrixmaterial, die die einzelne Atome zu beschränken und Aggregation hindern kann. Wir berichten über eine Elektrospinnen und thermische Methode um Ni vorzubereiten, einzelne Atome verteilt und koordiniert in einem Graphen-Shell als aktive Zentren für CO2 -Reduktion Co, Glühen. Während der Synthese spielen N Dotierstoffe eine entscheidende Rolle bei der Schaffung von Graphen stellen Ni Atome auffangen. Aberration korrigiert Scan Transmissions-Elektronenmikroskopie und dreidimensionale Atom Probe Tomography wurden eingesetzt, um den einzelnen Ni atomaren Standorten in Graphen stellen zu identifizieren. Detaillierten Aufbau der elektrochemische CO2 Reduktion Apparat mit einem Online-Gaschromatographie gekoppelt wird auch demonstriert. Im Vergleich zu metallischen Ni, Ni einzelatom Katalysator weisen deutlich verbesserte CO2 -Reduktion und H2 Evolution Seite Reaktion unterdrückt.

Rasterelektronenmikroskopie (SEM), Scan-Transmissions-Elektronenmikroskopie (STEM) und Energie-energiedispersiver Röntgenspektroskopie (EDX) sind Zuordnung Bilder zur Morphologie Charakterisierung von NiN-GS in Abbildung 1 dargestellt. Dreidimensionale Atom Sonde Tomographie (3D-APT) Ergebnisse sind für die direkte Identifizierung der einzelnen Ni Websites Verteilung als auch ihre benachbarten chemischen Umgebung in Abbildung 2 dargestellt. Für die Quantifizierung von CO2RR-Gas-Produkte sind Online-elektrochemischen GC Messungen Setup und Ergebnis in Abbildung 3 dargestellt.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57380/57380fig1.jpg"> Abbildung 1: Charakterisierung von Katalysatoren NiN-GS. (A) SEM Bild von verkohlten Electrospin Polymer NFs Maßstabsleiste: 5 μm (B) TEM Image von Kugel-gefrästen NiN-GS Katalysator. Die dunklen Punkte (hervorgehoben durch rote Kreise als Beispiele) gleichmäßig verteilt in der CNF sind Ni-Nanopartikeln (NPs). Maßstabsleiste: 200 nm. (C) Aberration korrigiert Stammzellen Bild ein Ni-NP eng gewickelt von ein paar Graphen-Schichten. Die Ni-NP ist ~ 20 nm im Durchmesser. Die GS ist ~ 10 nm dick. Die lagenabstand bemisst sich um 0,34 nm. Maßstab: 5 nm. (D) EDS Zuordnung von NiN-GS-Katalysator. Drei Ni-NPs beobachtet im Stamm Bild auf der linken Seite, die im Einklang mit dem Ni-Mapping-Bild eines der NPs durch den gelben Kreis angezeigt. NI-Signale wurden in den Bereichen Weg von der NPs, demonstrieren die erfolgreiche Einbeziehung der Ni-Atome in Graphene Schichten festgestellt. Maßstabsleiste: 20 nm. Diese Zahl wurde von Referenz 19 mit urheberrechtliche Genehmigung von Elsevier 2017 geändert. <a href="/files/ftp_upload/57380/57380fig1large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57380/57380fig2.jpg"> Abbildung 2: Atom-Sonde-Tomographie der NiN-GS Katalysator. (A) die 2D Atom-Karte von NiN-GS. Maßstab: 10 nm. (B) der projizierten 2D-Ansicht Ni Atome. Die grünen Bereiche repräsentieren Ni reiche Gebiete (> 50 %). Abseits der Ni-Quellen gibt es noch eine beträchtliche Anzahl von Ni Atome zerstreut im Bereich Carbon. Maßstab: 10 nm. (C) die Reliefkarte der Ni-Konzentration mit einem Intervall von 2 %. (D) vergrößert (oben) Seitenansicht und Draufsicht (unten) Graphen Schichten mit Ni einzelner Atome in Stellenangebote koordiniert. Nur ein Ni-Atom ist direkt mit einem N-Atom koordiniert. Skalieren Sie Bars: 1 nm. (E) Atom-Karte von den ausgewählten Bereich in Abbildung 2A durch den gelben Kreis darauf hingewiesen. Maßstab: 5 nm. (F) die Statistik für den ausgewählten Bereich in Abbildung 2E. Die meisten der Ni-Atome sind in einzelatom-Morphologie und 0,2 % von ihnen sind mit N Atomen koordiniert. Diese Zahl wurde von Referenz 19 mit urheberrechtliche Genehmigung von Elsevier 2017 geändert. <a href="/files/ftp_upload/57380/57380fig2large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57380/57380fig3.jpg"> Abbildung 3: der GC Messung eingerichtet und ein Vertreter Beispiel dafür den gesamten Prozess der FE Messung. (A) 1. Massenflussregelung (MFC) für eine präzise 50 Sccm CO2 Durchfluss. 2. CO2 Gas strömt in die Zelle. 3. CO2 Gas strömt aus dem Reaktor Gasprodukte zusammenzubringen. (4) das Gasgemisch füllt die Probenahme-Schleife des GC kontinuierlich. (5) die kontinuierliche Gasstrom wird überwacht durch die Luftblasen im Glas erzeugt. (B) Chronoamperometry von CO2 -Reduktion unter-0.82 V Vs RHE. (C, D) TCD und FID Reaktionen auf die Gasprodukte. (E, F) TCD und FID-standard-Gas-Kalibrierung. (G) Lebensläufe der NiN-GS in CO2 und N2 gesättigten Elektrolyt, einen andere Reaktion Weg vorschlagen, wenn CO2 vorhanden ist. (H) FEs H2 und CO unter verschiedenen angewandten Potenziale für NiN-GS. Diese Zahl wurde von Referenz 19 mit urheberrechtliche Genehmigung von Elsevier 2017 geändert. <a href="/files/ftp_upload/57380/57380fig3large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier für eine größere Version dieser Figur.</a>

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Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

Synthese und Performance Charakterisierungen von Übergangsmetall Einzelatom Katalysator für elektrochemische CO2 -Reduktion

Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll für die Synthese und Elektrochemische Prüfung Übergangsmetall einzelner Atome als aktive Zentren für selektive Kohlendioxid-Reduktion zu Kohlenmonoxid in wässrigen Lösungen in Graphen stellen koordiniert.

This protocol presents both the synthesis method of the Ni single atom catalyst, and the electrochemical testing of its catalytic activity and selectivity ...

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Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

18.0K Aufrufe.  Harvard University. Hier präsentieren wir Ihnen ein Protokoll für die Synthese und Elektrochemische Prüfung Übergangsmetall einzelner Atome als aktive Zentren für selektive Kohlendioxid-Reduktion zu Kohlenmonoxid in wässrigen Lösungen in Graphen stellen koordiniert.

Serie: Synthesis and Performance Characterizations of Transition Metal Single Atom Catalyst for Electrochemical CO2 Reduction

Anticancer Metal Complexes: Synthesis and Cytotoxicity Evaluation by the MTT Assay

Titanium (IV) and vanadium (V) complexes are highly potent anticancer agents. A challenge in their synthesis refers to their hydrolytic instability; therefore their preparation should be conducted under an inert atmosphere. Evaluation of the anticancer activity of these complexes can be achieved by the MTT assay.
The MTT assay is a colorimetric viability assay based on enzymatic reduction of the MTT molecule to formazan when it is exposed to viable cells. The outcome of the reduction is a color change of the MTT molecule. Absorbance measurements relative to a control determine the percentage of remaining viable cancer cells following their treatment with varying concentrations of a tested compound, which is translated to the compound anticancer activity and its IC50 values. The MTT assay is widely common in cytotoxicity studies due to its accuracy, rapidity, and relative simplicity.
Herein we present a detailed protocol for the synthesis of air sensitive metal based drugs and cell viability measurements, including preparation of the cell plates, incubation of the compounds with the cells, viability measurements using the MTT assay, and determination of IC50 values.

A method for synthesis of air-sensitive titanium and vanadium anticancer agents is described, along with the evaluation of their cytotoxic activity towards human cancer cell line by the MTT Assay.

Anti-Krebs-Metall-Komplexe: Synthese und Zytotoxizität Bewertung durch die MTT-Assay

Titanium (IV) and vanadium (V) complexes are highly potent anticancer agents. A challenge in their synthesis refers to their hydrolytic instability; ...

Forschung

Chemie

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and technological applications. Their signature property is their ultrahigh porosity, which however imparts a series of challenges when it comes to both constructing them and working with them. Securing desired MOF chemical and physical functionality by linker/node assembly into a highly porous framework of choice can pose difficulties, as less porous and more thermodynamically stable congeners (e.g., other crystalline polymorphs, catenated analogues) are often preferentially obtained by conventional synthesis methods. Once the desired product is obtained, its characterization often requires specialized techniques that address complications potentially arising from, for example, guest-molecule loss or preferential orientation of microcrystallites. Finally, accessing the large voids inside the MOFs for use in applications that involve gases can be problematic, as frameworks may be subject to collapse during removal of solvent molecules (remnants of solvothermal synthesis). In this paper, we describe synthesis and characterization methods routinely utilized in our lab either to solve or circumvent these issues. The methods include solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries, and materials activation (cavity evacuation) by supercritical CO2 drying. Finally, we provide a protocol for determining a suitable pressure region for applying the Brunauer-Emmett-Teller analysis to nitrogen isotherms, so as to estimate surface area of MOFs with good accuracy.

Synthesis, activation, and characterization of intentionally designed metal-organic framework materials is challenging, especially when building blocks are incompatible or unwanted polymorphs are thermodynamically favored over desired forms. We describe how applications of solvent-assisted linker exchange, powder X-ray diffraction in capillaries and activation via supercritical CO2 drying, can address some of these challenges.

Synthese und Charakterisierung von funktionalisierten Metall-organische Gerüste

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and ...

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

A reverse microemulsion is used to encapsulate monometallic or bimetallic early transition metal oxide nanoparticles in microporous silica shells. The silica-encapsulated metal oxide nanoparticles are then carburized in a methane/hydrogen atmosphere at temperatures over 800 &#176;C to form silica-encapsulated early transition metal carbide nanoparticles. During the carburization process, the silica shells prevent the sintering of adjacent carbide nanoparticles while also preventing the deposition of excess surface carbon. Alternatively, the silica-encapsulated metal oxide nanoparticles can be nitridized in an ammonia atmosphere at temperatures over 800 &#176;C to form silica-encapsulated early transition metal nitride nanoparticles. By adjusting the reverse microemulsion parameters, the thickness of the silica shells, and the carburization/nitridation conditions, the transition metal carbide or nitride nanoparticles can be tuned to various sizes, compositions, and crystal phases. After carburization or nitridation, the silica shells are then removed using either a room-temperature aqueous ammonium bifluoride solution or a 0.1 to 0.5 M NaOH solution at 40-60 &#176;C. While the silica shells are dissolving, a high surface area support, such as carbon black, can be added to these solutions to obtain supported early transition metal carbide or nitride nanoparticles. If no high surface area support is added, then the nanoparticles can be stored as a nanodispersion or centrifuged to obtain a nanopowder.

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 ...

A Method to Manipulate Surface Tension of a Liquid Metal via Surface Oxidation and Reduction

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where interfacial tension is a dominant force. A variety of methods exist for controlling the interfacial tension of aqueous and organic liquids on this scale; however, these techniques have limited utility for liquid metals due to their large interfacial tension.
Liquid metals can form soft, stretchable, and shape-reconfigurable components in electronic and electromagnetic devices. Although it is possible to manipulate these fluids via mechanical methods (e.g., pumping), electrical methods are easier to miniaturize, control, and implement. However, most electrical techniques have their own constraints: electrowetting-on-dielectric requires large (kV) potentials for modest actuation, electrocapillarity can affect relatively small changes in the interfacial tension, and continuous electrowetting is limited to plugs of the liquid metal in capillaries.
Here, we present a method for actuating gallium and gallium-based liquid metal alloys via an electrochemical surface reaction. Controlling the electrochemical potential on the surface of the liquid metal in electrolyte rapidly and reversibly changes the interfacial tension by over two orders of magnitude ( &#820;500 mN/m to near zero). Furthermore, this method requires only a very modest potential (&#60; 1 V) applied relative to a counter electrode. The resulting change in tension is due primarily to the electrochemical deposition of a surface oxide layer, which acts as a surfactant; removal of the oxide increases the interfacial tension, and vice versa. This technique can be applied in a wide variety of electrolytes and is independent of the substrate on which it rests.

We present a method to control the interfacial energy of a liquid metal in an electrolyte via electrochemical deposition (or removal) of a surface oxide layer. This simple method can control the capillary behavior of gallium-based liquid metals by tuning the interfacial energy rapidly, significantly, and reversibly using modest voltages.

Eine Methode, die Oberflächenspannung eines Liquid Metal manipulieren via Oberfläche Oxidation und Reduktion

Controlling interfacial tension is an effective method for manipulating the shape, position, and flow of fluids at sub-millimeter length scales, where ...

HKUST-1 as a Heterogeneous Catalyst for the Synthesis of Vanillin

Vanillin (4-hydoxy-3-methoxybenzaldehyde) is the main component of the extract of vanilla bean. The natural vanilla scent is a mixture of approximately 200 different odorant compounds in addition to vanillin. The natural extraction of vanillin (from the orchid Vanilla planifolia, Vanilla tahitiensis and Vanilla pompon) represents only 1% of the worldwide production and since this process is expensive and very long, the rest of the production of vanillin is synthesized. Many biotechnological approaches can be used for the synthesis of vanillin from lignin, phenolic stilbenes, isoeugenol, eugenol, guaicol, etc., with the disadvantage of harming the environment since these processes use strong oxidizing agents and toxic solvents. Thus, eco-friendly alternatives on the production of vanillin are very desirable and thus, under current investigation. Porous coordination polymers (PCPs) are a new class of highly crystalline materials that recently have been used for catalysis. HKUST-1 (Cu3(BTC)2(H2O)3, BTC = 1,3,5-benzene-tricarboxylate) is a very well known PCP which has been extensively studied as a heterogeneous catalyst. Here, we report a synthetic strategy for the production of vanillin by the oxidation of trans-ferulic acid using HKUST-1 as a catalyst.

The conversion of trans-ferulic acid to vanillin was achieved by heterogeneous catalysis. HKUST-1 was employed in this synthesis and the essential step in the catalytic process was the generation of unsaturated metal sites. Thus, when the catalyst was activated under vacuum, full vanillin conversion (yield of 95%) was obtained.

HKUST-1 als heterogener Katalysator für die Synthese von Vanillin

Vanillin (4-hydoxy-3-methoxybenzaldehyde) is the main component of the extract of vanilla bean. The natural vanilla scent is a mixture of approximately ...

Facile Synthesis of Worm-like Micelles by Visible Light Mediated Dispersion Polymerization Using Photoredox Catalyst

Presented herein is a protocol for the facile synthesis of worm-like micelles by visible light mediated dispersion polymerization. This approach begins with the synthesis of a hydrophilic poly(oligo(ethylene glycol) methyl ether methacrylate) (POEGMA) homopolymer using reversible addition-fragmentation chain-transfer (RAFT) polymerization. Under mild visible light irradiation (&#955; = 460 nm, 0.7 mW/cm2), this macro-chain transfer agent (macro-CTA) in the presence of a ruthenium based photoredox catalyst, Ru(bpy)3Cl2 can be chain extended with a second monomer to form a well-defined block copolymer in a process known as Photoinduced Electron Transfer RAFT (PET-RAFT). When PET-RAFT is used to chain extend POEGMA with benzyl methacrylate (BzMA) in ethanol (EtOH), polymeric nanoparticles with different morphologies are formed in situ according to a polymerization-induced self-assembly (PISA) mechanism. Self-assembly into nanoparticles presenting POEGMA chains at the corona and poly(benzyl methacrylate) (PBzMA) chains in the core occurs in situ due to the growing insolubility of the PBzMA block in ethanol. Interestingly, the formation of highly pure worm-like micelles can be readily monitored by observing the onset of a highly viscous gel in situ due to nanoparticle entanglements occurring during the polymerization. This process thereby allows for a more reproducible synthesis of worm-like micelles simply by monitoring the solution viscosity during the course of the polymerization. In addition, the light stimulus can be intermittently applied in an ON/OFF manner demonstrating temporal control over the nanoparticle morphology.

This article describes a process for producing polymeric self-assembled nanoparticles using visible light mediated dispersion polymerization. Using low energy visible light to control the polymerization allows for the reproducible formation of self-assembled worm-like micelles at high solids content.

Einfache Synthese von wurmartigen Mizellen durch sichtbares Licht Mediated Dispersion Polymerisation mit Photoredox Katalysator

Presented herein is a protocol for the facile synthesis of worm-like micelles by visible light mediated dispersion polymerization. This approach begins ...

Synthesis of a Water-soluble Metal&#8211;Organic Complex Array

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as Ru(II), Pt(II), and Rh(III). The compound, named as a water-soluble metal-organic complex array (WSMOCA), is obtained through 1) the conventional solution-chemistry-based preparation of the corresponding metal complex monomers having a 9-fluorenylmethyloxycarbonyl (Fmoc)-protected amino acid moiety and 2) their sequential coupling together with other water-soluble organic building units on the surface-functionalized polymeric resin by following the procedures originally developed for the solid-phase synthesis of polypeptides, with proper modifications. Traces of reactions determined by mass spectrometric analysis at the representative coupling steps in stage 2 confirm the selective construction of a predetermined sequence of metal centers along with the peptide backbone. The WSMOCA cleaved from the resin at the end of stage 2 has a certain level of solubility in aqueous media dependent on the pH value and/or salt content, which is useful for the purification of the compound.

A potential general method for the synthesis of water-soluble multimetallic peptidic arrays containing a predetermined sequence of metal centers is presented.

Synthese eines wasserlöslichen Metall-organische Komplexe Array

We demonstrate a method for the synthesis of a water-soluble multimetallic peptidic array containing a predetermined sequence of metal centers such as ...

Synthesis of Platinum-nickel Nanowires and Optimization for Oxygen Reduction Performance

Platinum-nickel (Pt-Ni) nanowires were developed as fuel cell electrocatalysts, and were optimized for the performance and durability in the oxygen reduction reaction. Spontaneous galvanic displacement was used to deposit Pt layers onto Ni nanowire substrates. The synthesis approach produced catalysts with high specific activities and high Pt surface areas. Hydrogen annealing improved Pt and Ni mixing and specific activity. Acid leaching was used to preferentially remove Ni near the nanowire surface, and oxygen annealing was used to stabilize near-surface Ni, improving durability and minimizing Ni dissolution. These protocols detail the optimization of each post-synthesis processing step, including hydrogen annealing to 250 &#176;C, exposure to 0.1 M nitric acid, and oxygen annealing to 175 &#176;C. Through these steps, Pt-Ni nanowires produced increased activities more than an order of magnitude than Pt nanoparticles, while offering significant durability improvements. The presented protocols are based on Pt-Ni systems in the development of fuel cell catalysts. These techniques have also been used for a variety of metal combinations, and can be applied to develop catalysts for a number of electrochemical processes.

&#160; The protocol describes the synthesis and electrochemical testing of platinum-nickel nanowires. Nanowires were synthesized by the galvanic displacement of a nickel nanowire template. Post-synthesis processing, including hydrogen annealing, acid leaching, and oxygen annealing were used to optimize nanowire performance and durability in the oxygen reduction reaction.

Synthese von Platin-Nickel Nanodrähte und Optimierung für Sauerstoff Leistung

Platinum-nickel (Pt-Ni) nanowires were developed as fuel cell electrocatalysts, and were optimized for the performance and durability in the oxygen ...

Synthesis of a Thiol Building Block for the Crystallization of a Semiconducting Gyroidal Metal-sulfur Framework

We present a method for preparing thioester molecules as the masked form of the thiol linkers and their utilization for accessing a semiconducting and porous metal-dithiolene network in the highly ordered single crystalline state. Unlike the highly reactive free-standing thiols, which tend to decompose and complicate the crystallization of metal-thiolate open frameworks, the thioester reacts in situ to provide the thiol species, serving to mitigate the reaction between the mercaptan units and the metal centers, and to improve crystallization consequently. Specifically, the thioester was synthesized in a one-pot procedure: an aromatic bromide (hexabromotriphenylene) reacted with excess sodium thiomethoxide under vigorous conditions to first form the thioether intermediate product. The thioether was then demethylated by the excess thiomethoxide to provide the thiolate anion that was acylated to form the thioester product. The thioester was conveniently purified by standard column chromatography, and then used directly in the framework synthesis, wherein NaOH and ethylenediamine serve to revert in situ the thioester to the thiol linker for assembling the single-crystalline Pb(II)-dithiolene network. Compared with other methods for thiol synthesis (e.g., by cleaving alkyl thioether using sodium metal and liquid ammonia), the thioester synthesis here uses simple conditions and economical reagents. Moreover, the thioester product is stable and can be conveniently handled and stored. More importantly, in contrast to the generic difficulty in accessing crystalline metal-thiolate open frameworks, we demonstrate that using the thioester for in situ formation of the thiol linker greatly improves the crystallinity of the solid-state product. We intend to encourage broader research efforts on the technologically important metal-sulfur frameworks by disclosing the synthetic protocol for the thioester as well as the crystalline framework solid.

Here, we present a one-pot, transition-metal-free synthesis of thiols and thioesters from aromatic halides and sodium thiomethoxide, followed by the preparation of single crystals of a metal-dithiolene network using thiol species generated in situ from the more stable and tractable thioester.

Synthese von Thiol Baustein für die Kristallisation eines halbleitenden Gyroidal Metall-Schwefel-Rahmens

We present a method for preparing thioester molecules as the masked form of the thiol linkers and their utilization for accessing a semiconducting and ...

A Rapid Synthesis Method for Au, Pd, and Pt Aerogels Via Direct Solution-Based Reduction

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various precursor noble metal ions with reducing agents in a 1:1 (v/v) ratio results in the formation of metal gels within seconds to minutes compared to much longer synthesis times for other techniques such as sol-gel. Conducting the reduction step in a microcentrifuge tube or small volume conical tube facilitates a proposed nucleation, growth, densification, fusion, equilibration model for gel formation, with final gel geometry smaller than the initial reaction volume. This method takes advantage of the vigorous hydrogen gas evolution as a by-product of the reduction step, and as a consequence of reagent concentrations. The solvent accessible specific surface area is determined with both electrochemical impedance spectroscopy and cyclic voltammetry. After rinsing and freeze drying, the resulting aerogel structure is examined with scanning electron microscopy, X-ray diffractometry, and nitrogen gas adsorption. The synthesis method and characterization techniques result in a close correspondence of aerogel ligament sizes. This synthesis method for noble metal aerogels demonstrates that high specific surface area monoliths may be achieved with a rapid and direct reduction approach.

A rapid, direct solution-based reduction synthesis method to obtain Au, Pd, and Pt aerogels is presented.

Eine schnelle Synthese-Methode für Au, Pd und Pt-Aerogelen über lösungsorientierte Direktreduktion

Here, a method to synthesize gold, palladium, and platinum aerogels via a rapid, direct solution-based reduction is presented. The combination of various ...