Sali fusi sintesi di nanoparticelle di ossido di metallo complesso

Molten-sale sintesi (MSS) implica l’uso di un sale fuso come mezzo di reazione per la preparazione di nanomateriali dai loro precursori costituente. Il sale fuso agisce come solvente e facilita il tasso di reazione maggiore aumentando l’area di contatto tra i reagenti e la loro mobilità. La scelta di sali fusi è di fondamentale importanza per il successo del metodo MSS. Il sale deve soddisfare alcuni requisiti di qualità importante come punto di fusione basso, compatibilità con specie di reagire e ottimale solubilità in acqua. Sale fuso è stato utilizzato in precedenza per migliorare il tasso di reazioni allo stato solido; Tuttavia, in un sistema di flusso, solo una piccola quantità di sale fuso viene utilizzata (a differenza in MSS, in cui una grande quantità viene aggiunto per formare un supporto solubile per la reazione e controllare le proprietà dei nanomateriali sintetizzati, come la dimensione delle particelle, la forma e la cristallinità ecc.). In questo senso, MSS è una modifica del metodo metallurgico della polvere e diverso dal flusso metodo^1,2,3. L’occupazione di can sale fuso (1) aumento reazione cinetica tasso⁴ mentre fa diminuire la sintesi temperatura⁵, (2) aumentare il grado di omogeneità di reagente⁶, (3) controllare la dimensione cristallina e morfologia⁷e (4) ridurre il livello di agglomerazione.

Nanomateriali sono stati in forte domanda in ricerca scientifica ed applicazioni industriali innovative a causa della loro superiore elettrico, chimico, magnetico, proprietà ottiche, elettroniche e termiche. Le loro proprietà sono altamente dipende la dimensione delle particelle, la forma e la cristallinità. Rispetto ad altri metodi di sintesi per i nanomateriali, MSS ha diversi vantaggi evidenti; anche se, non è ancora ben noto come altri metodi di sintesi nella comunità nanoscienza e nanotecnologia. Come descritto di seguito, tali vantaggi includono la sua semplicità, affidabilità, scalabilità, generalizzabilità, compatibilità ambientale, costo-efficacia, temperatura relativa sintesi basso e agglomerazione gratuito di NPs con superficie pulita⁸.

Semplicità: Il processo di MSS può essere facilmente effettuato in un laboratorio semplice con servizi essenziali. Non occorre nessuna strumentazione sofisticata. Precursori e sali fusi sono aria stabile senza necessità di movimentazione portaoggetti.

Affidabilità: Una volta che tutti i parametri di sintesi iniziale quali concentrazione, pH, tempo di elaborazione e la temperatura di ricottura sono ottimizzati, puri e di alta qualità prodotti sono assicurati quando si utilizza il metodo di MSS. Se tutti i passaggi di sintesi siano effettuati correttamente, i prodotti finali possono raggiungere tutti i criteri di base necessari per la buona qualità dei criteri di rete. Un novizio al metodo MSS non cambierà il risultato di sintesi, fino a quando tutti i parametri di sintesi sono seguiti correttamente e con attenzione.

Scalabilità: Capacità del metodo MSS di produrre grandi quantità di particelle di dimensione e forma controllata è cruciale. Questo fattore critico è importante perché consente la determinazione di utilità industriale ed efficienza. Rispetto ad altre tecniche di sintesi, MSS può facilmente generare una quantità sufficiente di prodotti regolando la quantità stechiometrica durante il processo. Questa è una caratteristica importante del metodo perché permette per comodità a livello industriale, che lo rende un approccio più desiderato a causa di questa scalabilità^9,10.

Generalizzabilità: Il metodo MSS è anche una tecnica generalizzabile per produrre nanoparticelle con varie composizioni. Diverso da semplici ossidi metallici e alcuni fluoruri, nanomateriali di ossidi metallici complessi che sono stati sintetizzati con successo dal metodo MSS comprendono perovskiti (ABO₃)^{10,11,12, 13,14}, spinello (AB₂O₄)^15,16, pirocloro (A₂B₂O₇)^{4,17,18, 19}e strutture ortorombica (un₂B₄O₉)^2,3,20. Più specificamente, questi nanomateriali sono ferriti, titanati, niobates, mullite, borato di alluminio, wollastonite e gassate apatite^7,9,21. Il metodo MSS è stato utilizzato anche per produrre nanomateriali di morfologie diverse ad esempio nanosfere⁴, ceramica polvere corpi²², nanoflakes²³, nanoplates⁷, nanorod²⁴e core-shell le nanoparticelle (NP)²⁵, a seconda delle condizioni di sintesi e struttura cristallina dei prodotti.

Ecocompatibilità: diversi metodi tradizionali per la fabbricazione di nanomateriali comportano l’uso di grandi quantità di solventi organici e agenti tossici che generano problemi ambientali. L’eliminazione parziale o totale dell’uso di loro e la produzione di rifiuti da processi sostenibili è in domanda della chimica verde oggi⁸. Il metodo MSS è un approccio ecologico per sintetizzare nanomateriali che impiegano materiali non tossici chimici e rinnovabili e minimizzazione dei rifiuti, sottoprodotti e l’energia.

Temperatura bassa relativa sintesi: la temperatura di lavorazione del metodo MSS è relativamente basso rispetto a quello richiesto in una reazione a stato solido convenzionale²⁶ o una di reazione di combustione di sol-gel²⁷. Questa bassa temperatura consente di risparmiare energia mentre la produzione di alta qualità NPs.

Rapporto costo-efficacia: MSS il metodo non richiede alcun reagenti aggressivi o costose o solventi né qualsiasi strumentazione specializzata. L’acqua è il principale solvente utilizzato per mondare utilizzati sali fusi, che sono anche a buon mercato. Inoltre, messa a punto sperimentale necessaria include solo semplici bicchieri e una fornace senza strumentazione specializzata, mentre nanomateriali con composizione complessa e natura refrattaria possono essere prodotta.

Agglomerazione gratuito con superficie pulita: processo durante the MSS, le nanoparticelle formate sono ben disperse nel terreno di sale fuso a causa della sua grande quantità, utilizzato insieme al suo alto ionico forza e viscosità^{1,6, 8}. a differenza di sintesi colloidale e la maggior parte dei processi idrotermali/solvothermal, nessun strato protettivo superficiale è necessario per impedire la crescita continua e l’agglomerazione di NPs formata.

Esemplare sintesi di ossido di metallo complesso NPs dal metodo MSS: The MSS metodo come un universale e conveniente approccio razionale e su larga scala sintetizzano nanomateriali per una gamma sufficientemente ampia di materiale può essere altamente accolti favorevolmente dagli scienziati lavorando in nanoscienza e nanotecnologia. Qui, hafnate di lantanio (La₂Hf₂O₇) è stato selezionato a causa delle sue applicazioni multifunzionale nelle aree di x-ray imaging, alta k-dielettrico, luminescenza, termografia phosphor, barriera termica del rivestimento, e host dei rifiuti nucleari. La₂Hf₂O₇ è anche un buon padrone per scintillatori drogati a causa della sua elevata densità, grande numero atomico efficace e la possibilità della sua struttura di cristallo per essere progettato insieme a una transizione di fase ordine-disordine. Appartiene all’una₂B₂O₇ famiglia di composti, in cui “A” è un elemento delle terre rare – con uno stato di ossidazione + 3 e “B” rappresenta un elemento metallico di transizione con uno stato di ossidazione + 4. Tuttavia, a causa della natura refrattaria e composizione chimica complessa, c’è stata una mancanza di basso-temperatura adeguata e metodi di sintesi su larga scala per La₂Hf₂O₇ NPs.

Per la ricerca scientifica fondamentale e applicazioni tecnologiche avanzate, è un prerequisito per fare monodispersi, alta qualità e uniforme un₂B₂O₇ NPs. Qui usiamo la sintesi altamente cristallino La₂Hf₂O₇ NPs come esempio per dimostrare i vantaggi del metodo MSS. Come schematicamente mostrato in Figura 1, La₂Hf₂O₇ NPs sono stati preparati dal metodo MSS con un processo in due fasi, seguendo i nostri rapporti precedenti. Primo, un precursore di singolo-fonte complesso di La(OH)₃· HfO(OH)₂· n H₂O è stato preparato tramite un itinerario di coprecipitazione. Nel secondo passaggio, dimensione-controllabile La₂Hf₂O₇ NPs sono stati sintetizzati attraverso il facile processo di MSS utilizzando la miscela complessa di precursore e nitrato di singolo-fonte (NaNO₃: KNO₃ = rapporto 1:1, molare) presso 650 ° C per 6 h.

Figura 1 : Disegno schematico della sintesi i passaggi per La ₂ HF ₂ O ₇ Dei criteri di rete tramite il metodo MSS. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.