Este trabalho foi financiado pelo programa Rowland Fellows da Universidade de Rowland Instituto de Harvard. Este trabalho foi realizado em parte no centro para sistemas de nanoescala (CNS), um membro da rede nacional de nanotecnologia infraestrutura, que é apoiado pela Fundação Nacional de ciência sob prêmio nenhum. ECS-0335765. O CNS é parte da Universidade de Harvard.

1. preparação do catalisador de Ni único átomo (NiN-GS)
<ol><li>Preparação da solução de precursor eletrofiação<ol>
<li>Toma um frasco de cintilação de 20 mL, dissolver 0,5 g de poliacrilonitrila (Mw= 150.000), 0,5 g de polipirrolidona (Mw= 1.300.000), 0,5 g de Ni (NO3)2·6H2O e 0,1 g de dicianodiamida (DCDA) em 10 mL de dimetilformamida (DMF).</li>
		<li>Aqueça a mistura DMF a 80 ° C e manter a mistura a 80 ° C, com agitação constante até todos os polímeros e sal são dissolvidos e observa-se uma solução límpida.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Eletrofiação para produzir fibras de polímero<ol>
<li>Definir parâmetros de eletrofiação convencionais como: 15 kV de tensão elétrica estática, 15 cm de ar gap distância, um substrato de coleção de 8 × 8 cm fibra de carbono papelcom (PCP) - 4 kV de tensão elétrica.</li>
		<li>Extrato de 5 mL de solução de precursor em uma seringa de 5 mL, começar a bomba de seringa com um caudal de 1,2 mL h−1e, em seguida, iniciar a eletrofiação. Nota: Uma alta tensão é usada por eletrofiação. Apesar de muito baixa corrente que atravessa o sistema durante o processo de fiação, sugere-se um armário de madeira isolado.</li>
		<li>Retire o substrato do PCP uma vez terminado o processo de eletrofiação. Uma película de polímero da fibra cobre a superfície do PCP.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Recozimento de fibras de polímero em nanotubos de carbono<ol>
<li>Aqueça a polímero preparado como fibra filme/PCP a 300 ° C, em 1,5 h em uma fornalha de caixa e manter a temperatura para 0,5 h oxidar os polímeros. Nota: Após o processo de oxidação, as nanofibras (NFs) são auto desanexadas do papel carbono resultando no filme independente.</li>
		<li>Use um par de tesouras para cortar essas nanofibras em pedaços menores (~ 0,5 cm × 2cm) e coloque-os em um barco de quartzo.</li>
		<li>Coloque o barco de quartzo em uma fornalha de tubo e desareá-lo dentro formando a atmosfera de gás (5% H2 no Ar). Manter a taxa de fluxo do gás como 100 sccm e a pressão como 1 Tor.</li>
		<li>Aquecer-se dentro de 10 min de rampa a 300 ° C e 2 h de rampa a 750 ° C, onde é mantido por outro 1h e seguido de resfriamento natural.</li>
	</ol>
</li>
	<li>Bola moinho-sintetizados como NiN-GS catalisador por 5 min para nanopós para catálise e caracterizações.</li>
</ol>2. medidas de redução de2 CO eletroquímica
<ol><li>Célula e eletrodos<ol>
<li>Para preparar o eletrólito de3 KHCO 0,1 M para as seguintes medições, primeiro dissolver 2,5 g de KHCO3 em 250 mL de água ultrapura e, em seguida, purificar o eletrólito por eletrólise entre duas varas de grafite em 0.1 mA durante 24 h para remover qualquer rastrear a quantidade de metal íons.</li>
		<li>Pegue um fresco carbono vítreo (eletroquimicamente) polido (1 cm x 2 cm) e cubra sua parte traseira com uma cera eletroquimicamente inerte, hidrofóbica, como o substrato de eletrodo de trabalho.</li>
		<li>Toma um frasco de cintilação de 4 mL, misturar 5 mg de catalisador de NiN-GS como preparado com 1 mL de etanol e 100 µ l de solução de ionômero (5% em 2-proponal) dentro do frasco e proceda à sonicação por 20 min obter uma suspensão de tinta catalisador homogêneo.</li>
		<li>Pipeta 80 µ l da tinta na superfície de carbono vítreo 2cm2 (0,2 mg cm-2 massa de carregamento) e vácuo catalisador secar o catalisador eletrodo coberto num exsicador antes do uso.</li>
		<li>Use uma folha de platina e um eletrodo de calomelano saturado (SCE) como o contador e o eletrodo de referência, respectivamente.</li>
		<li>Use uma personalizado célula de vidro herméticos de H-tipo, separada por membrana de troca de protões, para montagem acima 3 eletrodos, bem como os ensaios eletroquímicos correndo.</li>
		<li>Coloque o eletrodo de trabalho e eletrodo de referência SCE em compartimento de H-célula e eletrodo de folha Pt na outra câmara. Injetar ~ 25 mL do eletrólito em cada compartimento de H-célula.</li>
		<li>Ligar os 3 eléctrodos na H-célula para a estação de trabalho eletroquímico para controle de potencial.</li>
		<li>Bolha do eletrólito com N2 no sccm 50,0 (monitorado pelo controlador de fluxo de massa) por 30 min em direção N2-saturada 0,1 M KHCO3.</li>
		<li>Selecione a técnica de voltametria cíclica (CV) no software de CE-Lab, defina "Gama E (potencial)" como "-10 V a 10 V", "Eu escala (atual)", como "Auto", realizar contínua 5 CV varreduras de -0,5 V para-1.8 V (vs. SCE) em uma taxa de varredura de 50 mV/s em N2-saturada 0,1 M KHCO3.</li>
		<li>Mudar 50 sccm CO2 fluxo de gás, espere por 30 min em direção de CO2-saturado eletrólito de3 KHCO 0,1 M e manter o mesmo fluxo de2 CO em todo o seguinte eletrólise.</li>
		<li>Selecione a técnica de CV no CE-Lab software, definir "Gama E (potencial)" como "-10 V a 10 V", "Eu escala (atual)", como "Auto", realizar contínua 5 CV varreduras de -0,5 V para-1.8 V (vs. SCE) em uma taxa de varredura de 50 mV/s em CO2-saturada 0,1 M KHCO3.</li>
		<li>Usar um medidor de pH para determinar os valores de pH de eletrólitos, i. e., 0,1 M KHCO3 saturado com N2 ou CO2.</li>
		<li>Converter todos os potenciais medidos contra SCE na escala do eletrodo (RHE) hidrogênio reversível usando este trabalho E (versus RHE) = E (vs. SCE) + 0.244 V + 0.0591 × pH.</li>
		<li>Determinar a resistência da solução (Ru) no software de CE-laboratório selecionando a técnica de espectroscopia de impedância electroquímica Potentiostatic (PEIS) e, em seguida, conjunto de frequências de 0,1 Hz a 200 kHz, registre o valor da resistência.</li>
		<li>Manualmente, compensar iR-a gota como E (iR corrigido vs RHE) = E (vs RHE) - Ru × eu (amperes de corrente média).</li>
	</ol>
</li>
	<li>Análise de produtos de redução CO2 por on-line cromatógrafo a gás (GC)<ol>
<li>Emprega um GC, equipado com uma combinação de colunas peneira molecular 5A e micropacked, para análise de gás de produtos durante o CO2RR. Nota: Os tipos de coluna GC detalhados podem ser encontrados em anexo Tabela de materiais.</li>
		<li>Use um detector de condutividade térmica (TCD) para quantificar a concentração de2 H e um detector de ionização de chama (FID) com um methanizer para análise quantitativa de teor de CO e/ou qualquer outra espécie de alcano.</li>
		<li>Usar dois diferentes gases padrão para as curvas de calibração da concentração de CO e H2 (H2: 1042 e 100 ppm; CO: 496.7 e 100 ppm; equilibrada com argônio).</li>
		<li>Durante a eletrólise, manter a taxa de fluxo de gás CO2 no sccm 50,0, entrega de CO2 no compartimento catódico contendo CO2-saturada eletrólito de3 KHCO 0,1 M e ventilação de escape em GC.</li>
		<li>Sintonia progressiva da tensão no eletrodo de trabalho, que variam de-0.3 a -1,0 V vs RHE, manter ~ 15 min para cada potencial e recorde a curva correspondente do chronoamperimetric.</li>
		<li>Determine o H2 e conteúdo de CO nos gases de escape de sinais TCD e FID, respectivamente. Nota: Os produtos de gás são amostrados após uma Electrólise contínua de ~ 10 min sob cada potencial. O 50 sccm CO2 gás, misturado com continuamente produzido H2 e CO, fluiu através da alça de amostragem (1 mL) da GC durante a eletrólise.</li>
		<li>Calcule a densidade de corrente parcial para um determinado gás do produto abaixo: <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/57380/57380eq2.jpg"> onde x, é a fração de volume de determinado produto determinado pela GC online com referência a curvas de calibração de duas amostras de gás padrão (Scott e Airgas), v é a taxa de fluxo de 50 sccm, n é o número de elétrons envolvidos, p0 = 101.3 kPa e F é a constante de Faradaic e R é a constante dos gases.</li>
		<li>Calcular a eficiência Faradaic correspondente (FE) em cada potencial como <img alt="Equation" src="/files/ftp_upload/57380/57380eq7.jpg"> </img>. Nota: A eficiência global Faradaic poderia ser dentro de um intervalo de 90 a 110% devido os erros de taxa de fluxo de gás, densidade de corrente e análise de concentração de gás no 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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Commun. 8, 14675 (2017).</li><li>Zhao, C. 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=Ionic+Exchange+of+Metal+Organic+Frameworks+to+Access+Single+Nickel+Sites+for+Efficient+Electroreduction+of+CO2.">Ionic Exchange of Metal Organic Frameworks to Access Single Nickel Sites for Efficient Electroreduction of CO2.</a> J. Am. Chem. Soc. 139, 8078-8081 (2017).</li><li>Manthiram, K., Beberwyck, B. J., Aivisatos, A. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enhanced+Electrochemical+Methanation+of+Carbon+Dioxide+with+a+Dispersible+Nanoscale+Copper+Catalyst.">Enhanced Electrochemical Methanation of Carbon Dioxide with a Dispersible Nanoscale Copper Catalyst.</a> J. Am. Chem. 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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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No processo acima eletrofiação, dois passos importantes devem notar-se nos procedimentos de síntese material: 1) a mistura DMF (etapa 1.1.2) e 2) a taxa de bomba ajustando (etapa 1.2.2) para coincidir com a taxa de rotação de aquecimento. A imagem SEM na figura 1A mostra as nanofibras de carbono obtidos interligadas uns com os outros (~ 200 nm de diâmetro). Eles foram quebrados em pedaços pequenos por bola de trituração para caracterizações como mostrado na figura 1B. Ni nanopartículas foram distribuídas uniformemente nas nanofibras de carbono. Átomos de carbono ligados com Ni sob a alta temperatura que precipitar-se e foram catalisados para formar camadas de grafeno na superfície metálica de Ni durante o processo de arrefecimento. Uma observação mais perto do NPs Ni por haste aberração corrigida na Figura 1 revela que, a NP é firmemente encapsulado por algumas camadas (~ 10 nm) de grafeno como confirmado pelo espaçamento de camada média de ~ 0,34 nm. Sem clusters de Ni foram observadas dentro do GS. Esta concha impede o NP Ni de um contacto directo com o eletrólito aquoso e assim pode dramaticamente suprimi-la. A existência dos átomos do Ni na superfície shell foi confirmada por energia dispersiva mapeamento de espectroscopia (EDS) de raio-x na Figura 1. A imagem de Z-contraste tronco no painel esquerdo mostra três áreas claras representando três Ni NPs, com um deles apontou pelo círculo amarelo. Na Ni mapeamento imagem (marcada por pontos verdes), além das regiões de NP com sinais concentrados, Ni picos foi também detectada nas áreas vizinhas de carbono, demonstrando a incorporação bem sucedida dos átomos de Ni na GS. N de doping aqui desempenha um papel fundamental na criação de defeitos nas camadas de grafeno, que ajuda a prender e unir um número significativo de átomos de Ni na GS. Aqueles coordenados átomos Ni dentro das camadas de grafeno em NiN-GS mostrou os Estados de oxidação distintamente diferente do Ni NPs coberto abaixo por espectroscopia de fotoelétron de raios x, sugerindo a afinação bem sucedida de estruturas eletrônicas de Ni e, portanto, a possível sintonia de suas atividades catalíticas. Além disso, esses átomos único Ni presos numa matriz de grafeno confinados não podem ser facilmente movidos ao redor durante aplicações práticas, que contorna as reconstruções de catalisador estrutural em condições severas de reação.
Embora alguns estudos anteriores sugerem CO2-para-CO catálise em sites de metal-carbono-nitrogênio, poucas provas até à data foi relatado para demonstrar a morfologia do único-átomo ou o ambiente de coordenação dos sites ativos. Neste documento, uma evidência direta de átomos único coordenados em grafeno vagas a Ni é obtida por tridimensional (3D) átomo de resolução atômica sonda computadorizada (APT) caracterização, que é capaz de revelar se esses átomos Ni são single-átomos isolados ou pequenos grupos, e se esses sites atômicas Ni são coordenados com N ou não. A imagem projetada 2D da tomografia computadorizada 3D de catalisador de NiN-GS foi mostrada na Figura 2A. Cada pixel representa um único átomo. Como mostrado na Figura 2B, longe das áreas com concentrado Ni NPs, há também um número significativo de Ni átomos dispersada em carbono, consistente com o nosso mapeamento EDX na Figura 1. O mapa de contorno, com um intervalo de 2% na Figura 2 fornece informações detalhadas de distribuição dos átomos de Ni no catalisador, com diminuição da concentração de átomo Ni longe das fontes de Ni. Ambiente de coordenação local de átomos Ni foi mostrado ao tomar um olhar mais atento das camadas de grafeno na Figura 2D. Existem alguns Ni átomos único coordenados em vagas de grafeno, fornecendo uma evidência direta do único site atômica Ni. Observaram-se sem clusters de Ni. Além disso, também notamos que há um átomo Ni coordenado com um átomo de N na vaga de grafeno, sugerindo uma pequena proporção de Ni atômicas sites coordenados com os átomos de N. Informações mais detalhadas sobre a coordenação circundante de Ni sites atômicas podem ser extraídos de estatísticas e análise quantitativa (Figura 2F). A área selecionada com átomos dispersos de Ni é indicada pelo círculo amarelo na Figura 2A e ampliada na Figura 2E. Entre todos os átomos de Ni nesta área, 83% deles estão em átomos simples, sem vizinhos átomos Ni mais perto do que 2.2 Å. Além disso, nesses átomos único Ni, apenas 0,2% deles são diretamente coordenadas com uma vizinha N (menor que 2 Å), sugerindo que a maioria dos sites atômicas Ni são coordenadas com átomos de C. Abordagem experimental mais detalhada, incluindo baseados em síncrotron raio x absorção espectroscopia caracterização, em situ eletroquímica atenuadas espectros de infravermelho de reflectância total (ATR-IR) com CO como sonda de superfície, juntamente com outros experimentos de controle simulações teoria funcional (DFT) design e densidade de CO2-para-CO redução ao longo de partes diferentes de coordenação, são realizados para investigar exaustivamente os sites único átomo do centro ativo de Ni e esses resultados podem ser encontrados em Jiang, K. et al . 19.
O desempenho de2RR CO electrocatalytic de catalisador de NiN-GS, soltar casted coletor atual de carbono vítreo, é executada no eletrólito de3 KHCO 0,1 M na H-célula personalizado. Produtos de gás são analisados pelo GC no potenciais passos de 100 mV e ainda mais ampliado em 50 mV em volta do pico de FE. Observe que a concentração de produtos de gás pode ser ajustada alterando a taxa de fluxo do gás CO2 (passo 2.2.4) e, portanto, as medições de FE podem ser exatas mesmo para pequenas correntes. Fazer o teste de chronoamperometric de CO2 redução sob-0.82 V vs RHE por exemplo (Figura 3B), depois que o fluxo de gás entra em loop de amostragem, H2 é detectada a min ~5.5 por TCD, e CO é detectado no ~ 12 min pelo FID, correspondente a uma FE CO de ~ 93% e H2 FE ~ 12%. Tendo em conta a distribuição de produtos de2RR CO diversa, a actual configuração de GC on-line, portanto, fornece informações valiosas sobre o acompanhamento em tempo real de escape conteúdo durante a eletrólise.
Em resumo, Nós demonstramos um método para incorporar átomos de metais de transição em uma matriz bidimensional bem-definida e ajuste eficazmente suas estruturas eletrônicas e favorecendo as vias de2RR CO desejadas. O protocolo de análise de produto do CO2RR gás fornece um método detalhado e padrão para medir com precisão a eficiência Faradaic de cada produto. Dada a grande variedade de aplicações de catalisador do átomo, o presente protocolo composto catalisador facile preparação e análise de produtos on-line fornece uma plataforma importante para projetar vários catalisadores de átomo robusto de metal de transição para cumprir mais eficiente energia renovável conversão e química industriais demandas.

Conversão de CO2 em produtos químicos ou combustíveis usando a eletricidade limpa é cada vez mais importante como um potencial caminho para evitar futuras CO2 emissões1,2,3,4, 5,6. No entanto, esta aplicação prática atualmente é desafiada pela baixa atividade e seletividade de CO2 redução reação (CO2RR) devido as barreiras cinéticas elevadas e a competição com a reação de evolução de hidrogênio (HER) em aquosa meios de comunicação. A maioria do catalisador de metal de transição tradicional, como Fe, Co e Ni, apresentam baixa CO2RR selectividade devido a sua soberba HER atividades7,8. Efetivamente, ajuste suas propriedades materiais para alterar os caminhos de reação sobre estes catalisadores de metais de transição torna-se fundamental para melhorar sua CO2RR seletividade. Entre diferentes métodos para modificar as propriedades eletrônicas dos catalizadores, dispersão de átomos de metal em uma morfologia do único-átomo atrai atenções intensivas recentemente devido a seus comportamentos catalíticos dramaticamente alterados em relação à sua contraparte em massa 9 , 10 , 11. no entanto, devido a alta mobilidade dos átomos não vinculados, é bastante desafiador para obter átomos de metal único sem a presença de materiais de apoio. Portanto, um material de matriz de anfitrião com defeitos criados para confinar e coordenar com os átomos de metal de transição é necessário. Isso poderia abrir novas oportunidades para: 1) ajustar as propriedades eletrônicas dos metais de transição como locais de CO2RR ativos e 2) ao mesmo tempo manter a coordenação atômica relativamente simples para estudos de mecanismo fundamental. Além disso, esses átomos de metal de transição, presos em um ambiente confinado não podem ser facilmente movidos ao redor durante a catálise, que impede a nucleação ou reconstruções de superfície átomos observadas em muitos casos12,13 ,14.
Grafeno em camadas bidimensional é de particular interesse como host para metais átomos único devido à sua condutividade de elétrons alta, estabilidade química e inércia para redução de CO2 e suas reações catalíticas. Mais importante, Fe, Co e metais Ni eram conhecidos para ser capaz de catalisar o processo de Grafitização de carbono na sua superfície15. Em suma, os metais de transição que liga com carbono durante a térmica de alta temperatura, processo de recozimento. Quando a temperatura cai, o carbono começa a precipitar fora de fase da liga e é catalisado para formar camadas de grafeno na superfície do metal de transição. Durante este processo, com grafeno defeitos gerados, átomos único metais iria ficar preso os defeitos de grafeno como os sítios ativos para CO2RR16,17,18,19. Aqui, nós relatamos este protocolo detalhado com a intenção de ajudar novos actores no domínio da catálise de átomo, bem como a proporcionar uma demonstração explícita de CO on-line, análise de produto de redução2 . Mais informações podem ser encontradas em nosso artigo recentemente publicado19 e uma série de obras relacionadas20,21,22,23.

<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

Este protocolo apresenta tanto o método de síntese do catalisador Ni único átomo e de ensaios eletroquímicos de sua atividade catalítica e seletividade em aquosa redução de CO2 . Diferente de nanocristais de metal tradicional, a síntese de átomos metálicos simples envolve um material de matriz que pode limitar os átomos único e impedi-los de agregação. Nós relatamos um eletrofiação e térmico, recozimento método para preparar Ni único átomos dispersaram e coordenado em um shell do grafeno, como centros ativos para redução de CO2 para CO. Durante a síntese, dopantes N desempenham um papel fundamental na geração de vagas de grafeno para aprisionar átomos de Ni. Correção de aberração transmissão microscopia eletrônica e tomografia computadorizada de sonda tridimensional do átomo foram empregados para identificar os sites atômicos único de Ni em vagas de grafeno. Configuração detalhada de eletroquímica CO2 redução aparelhos acoplados com uma cromatografia gasosa on-line também é demonstrada. Em comparação com Ni metálico, catalisador de Ni único átomo exibem melhorou drasticamente redução de CO2 e suprimiu a reação de lateral de evolução de2 H.

Microscopia eletrônica (SEM), varredura, microscopia eletrônica de transmissão (STEM) e espectroscopia de raios-x-energia dispersiva (EDX) imagens de mapeamento são mostradas na Figura 1 , para a caracterização da morfologia de NiN-GS. Átomo tridimensional sonda computadorizada (3D-APT) resultados são mostrados na Figura 2 para a identificação directa da simples distribuição de sites do Ni, bem como sua vizinho ambiente químico. Resultado e on-line instalação eletroquímica de medições de GC são mostradas na Figura 3 para a quantificação dos produtos de gás CO2RR.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57380/57380fig1.jpg"> Figura 1: caracterização de catalisadores de NiN-GS. (A) imagem do SEM de polímero electrospin carbonizado barra NFs. escala: 5 μm. imagem (B) temperatura do catalisador de NiN-GS bola-moída. Os escuros pontos (apontados por círculos vermelhos como exemplos) uniformemente distribuídos em CNF são nanopartículas de Ni (NPs). Barra de escala: 200 nm. (C) imagem com haste correção de aberração de uma NP Ni firmemente envolvido por algumas camadas de grafeno. O NP Ni é ~ 20 nm de diâmetro. A GS é ~ 10 nm de espessura. O espaçamento de camada é medido para ser 0,34 nm. Barra de escala: 5 nm. Mapeamento de (D) EDS de catalisador de NiN-GS. Três Ni NPs foram observado na imagem do tronco no painel esquerdo, que é consistente com a imagem de mapeamento Ni com um do NPs indicado pelo círculo amarelo. Detectou-se sinais de Ni em áreas longe do NPs, demonstrando a incorporação bem sucedida dos átomos de Ni em camadas de grafeno. Barra de escala: 20 nm. Esta figura foi modificada de referência 19 com permissão dos direitos autorais da Elsevier 2017. <a href="/files/ftp_upload/57380/57380fig1large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57380/57380fig2.jpg"> Figura 2: tomografia computadorizada de sonda de átomo de catalisador de NiN-GS. (A) o mapa 2D átomo de NiN-GS. Barra de escala: 10 nm. (B) projetada vista 2D de átomos de Ni. As áreas verdes representam áreas ricas de Ni (> 50%). Longe das fontes de Ni, há ainda um número significativo de Ni átomos dispersada na área de carbono. Barra de escala: 10 nm. (C) o mapa de contorno de concentração de Ni com um intervalo de 2%. (D) ampliada em vista lateral (superior) e vista superior (inferior) grafeno camadas com Ni átomos único coordenados em vagas. Apenas um átomo de Ni é diretamente coordenada com um átomo de N. Escala de bares: 1 nm. (E) mapa de átomo da área selecionada na Figura 2A , como apontado pelo círculo amarelo. Barra de escala: 5 nm. (F) a estatística da área selecionada na Figura 2E. A maioria dos átomos Ni são na morfologia do único-átomo, e 0,2% deles são coordenadas com átomos de N. Esta figura foi modificada de referência 19 com permissão dos direitos autorais da Elsevier 2017. <a href="/files/ftp_upload/57380/57380fig2large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/57380/57380fig3.jpg"> Figura 3: medição de GC a configurar e um exemplo representando para demonstrar todo o processo de medição FE. (A) 1. Controle de fluxo de massa (MFC) para um caudal CO2 de exatos 50 sccm. 2. CO2 gás flui para a célula. 3. CO2 gás flui fora do reator, reunindo produtos de gás. 4. a mistura de gás preenche o loop de amostragem de GC continuamente. 5. o fluxo contínuo de gás é monitorado pelas bolhas geradas no vidro. (B) Chronoamperometry de CO2 redução sob-0.82 V vs RHE. (C, D) TCD e FID respostas para os produtos de gás. (E, F) Calibração de padrão de gás TCD e FID. (G) CV do NiN-GS em CO2 e N2 eletrolíticas saturada, sugerindo um caminho de reação diferente quando CO2 está presente. (H) FEs de H2 e CO sob diferentes potenciais aplicadas para NiN-GS. Esta figura foi modificada de referência 19 com permissão dos direitos autorais da Elsevier 2017. <a href="/files/ftp_upload/57380/57380fig3large.jpg" target="_blank">Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.</a>

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

Síntese e caracterizações de desempenho de catalisador de átomo de Metal de transição para redução de eletroquímica CO2

Aqui, apresentamos um protocolo para a síntese e ensaios eletroquímicos de simples átomos de metal de transição coordenada em vagas de grafeno como centros ativos para redução seletiva de dióxido de carbono ao monóxido de carbono em soluções aquosas.

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

synthesis-performance-characterizations-transition-metal-single-atom

Nanyang Technological University

Research

JoVE Journal

Chemistry

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

18.0K visualizações.  Harvard University. Aqui, apresentamos um protocolo para a síntese e ensaios eletroquímicos de simples átomos de metal de transição coordenada em vagas de grafeno como centros ativos para redução seletiva de dióxido de carbono ao monóxido de carbono em soluções aquosas.

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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.

Anticâncer metal Complexos: Síntese e Avaliação de citotoxicidade pelo ensaio MTT

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

Química

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.

Síntese e caracterização de funcionalizados metal-organic frameworks

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.

Inversa Síntese mediada por Microemulsão de monometálicos e bimetálico precoce de Metais de Transição Carbide e nitreto Nanopartículas

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.

Um Método para Manipular a Tensão Superficial de um Metal Líquido via Oxidação e Redução Superficial

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 como um catalisador heterogéneo para a Síntese de vanilina

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.

Síntese Facile de micelas Worm-like por luz visível Mediated Dispersão Polimerização Usando Photoredox Catalisador

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.

Síntese de uma matriz de complexo de metal-orgânicos solúveis em água

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.

Síntese de nanofios de níquel e platina e otimização de desempenho de redução do oxigênio

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.

Síntese de um Bloco de Construção Tiol para a Cristalização de uma Estrutura Semicondutora de Metal-Enxofre com Geometria Giroidal

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.

Um método de síntese rápida para Au, Pd e Pt Aerogels através de redução direta baseada em solução

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