Metallisk nanopartikler, edle metaller (f.eks Pt, Au, Pd) spesielt har store programmer i katalyse¹. Generelt, redusere nanopartikler (NPs) øker sin katalytisk aktivitet samtidig opprettholde konstant kostnader (vekt), men det gjør også programmet vanskeligere. NPs (vanligvis mindre enn 10 nm) har stor tendensen til aggregering, som forringer deres katalytisk aktivitet. Imidlertid kan immobilisering på egnet underlag det meste løse dette problemet. Videre, avhengig av hvilken program (f.eks electrocatalysis), det er noen ganger nødvendig å nakkens NPs på ledende underlag^2,3. NPs kan også være hybridiserte med halvledere å danne en Schottky barriere og unngå (forsinkelse) elektron-hulls rekombinasjon (fungerer som elektron feller)^4,5. Derfor, i de fleste programmene er edle metallet NPs (NNPs) er satt på en ledende (f.eks Grafén) eller en semiconductive (f.eks TiO₂) substrat. I begge tilfeller metall kasjoner er vanligvis redusert i nærvær av underlaget og reduksjon teknikken er forskjellig fra en metode til en annen.

Til deponering av NNPs via en reduksjon av deres kasjoner, bør elektroner (med riktig elektrisk potensielle) gis. Det kan gjøres på to måter: ved oksidasjon andre kjemiske arter (et reduksjonsmiddel)^6,7 eller fra en ekstern makt kilde⁸. I alle fall for homogen avsetning av monodispersed NPs er det nødvendig å innføre en streng kontroll på generasjons og overføringen av (redusert) elektroner. Dette er svært vanskelig når et reduksjonsmiddel brukes siden det er nesten ingen kontroll over reduksjonsprosessen når reaktantene (kasjoner og reduksjonsmiddel) er blandet. Videre NPs kan danne hvor som helst og ikke nødvendigvis på målet underlaget. Når du bruker en ekstern strømkilde, kontrollen over antall angitte elektronene er mye bedre, men NPs kan bare settes på en elektrode overflate.

Photocatalytic avsettelse (PD) er en alternativ tilnærming, som gir mer kontroll over antall (bildet) generert elektroner siden det er direkte relatert til dose av opplyst fotoner (med en skikkelig bølgelengde). I denne metoden har substrat materialet en dobbel rolle; Det gir redusert elektroner⁹ og stabiliserer dannet NPs¹⁰. Videre NPs skjemaet bare på underlaget siden elektronene er generert av underlaget. En skikkelig elektrisk forbindelse mellom komposittdeler (laget av metoden photocatalytic reduksjon) er også garantert¹¹. Likevel, i konvensjonelle photocatalytic avsettelse metoder som lyser hele gruppe med reaktantene (photocatalyst og metall kation) samtidig, det er ingen kontroll over nucleation av NNPs. Faktisk, når noen partikler (kjerner) er dannet, de som foretrukket overføring områder for photogenerated elektroner⁵ og fungere foretrukne vekst. Denne førsteklasses elektron fremmer veksten av eksisterende partikler og disfavors dannelsen av nye kjerner, som resulterer i dannelsen av store NNPs. Dette problemet kan løses ved pulserende belysning av UV-lys i en spesiell kontinuerlig flyt reaktor (figur 1) som nylig har blitt utviklet av vår gruppe¹². Det enestående ansiktstrekk av denne reaktoren er at det tillater forskere å kontrollere både NP-størrelse-bestemme faktorer, nemlig, nucleation og vekst. I denne reaktoren lyser en svært liten del av reaktantene for en svært kort periode av tid, å fremme dannelsen av kjerner (flere kjerner er dannet) og begrenser veksten (mindre partikler er oppnådd). I denne metoden, ved å kontrollere belysning dose (dvs. ved å justere eksponering varigheten [endre lengden på avdekket deler av reaksjon rør; Figur 1 C] eller lysintensiteten hendelsen [Antall lamper]), en svært nøyaktig kontroll over hvor av photogenerated elektroner og følgelig på reduksjonsprosessen (NNP avsettelse) kan være utøves.

Figur 1 : Fabrikkerte photocatalytic avsettelse reaktoren. (A) reaktoren. (B) inne i belysning kammeret. (C) en kvarts tube med 5 cm x 1 cm belysning eksponering lengde. Klikk her for å se en større versjon av dette tallet.

Til tross for det store potensialet av metoden PD kontrollert ham av NNPs er programmet begrenset til semiconducting materiale. Heldigvis er det mulig å åpne et bredbånd hull i Grafén (en av de best gjennomfører underlag¹³) ved sin enkle kjemiske functionalization. Etterpå disse funksjonelle grupper (erstattet) kan fjernes det meste og den resulterende Grafén vil fortsatt være ledende nok for de fleste av programmene. Blant mange functionalized derivater av Grafén er Grafén oksid (gå), som viser betydelige semiconducting egenskaper¹⁴, den mest lovende kandidaten for dette formålet. Dette er hovedsakelig på grunn av det faktum at GO produksjonen har høyeste produksjon gir blant annet. Likevel, siden gå består av ulike typer erstattet, dens kjemiske sammensetning varierer kontinuerlig under UV-lys. Vi har nylig vist at av en selektiv fjerning av svakt limt erstattet (delvis reduksjon; PRGO), den kjemiske strukturen og elektroniske egenskaper gå kan bli stabilisert, som er en viktig forutsetning for homogen avsetninger av NNPs¹². I denne rapporten vi beskrive datastrukturen reaktoren og gir detaljert informasjon for replikering og drift. Deponering mekanismen (arbeider mekanisme av reaktoren) og mulig optimalisering strategier er også beskrevet i stor detalj. Validere anvendelse av utviklet PD reaktoren for begge typer felles underlag (dirigent og semiconductor) og ulike NNPs, avsetning av platina på PRGO og TiO₂, samt gull på TiO₂er demonstrert. Det er bemerkelsesverdig at med et riktig utvalg av metall, photocatalyst og forløper materialer (f.eks salt, hull scavenger) og spredning media, flere andre metalliske partikler (for eksempel Ag og Pd¹⁵) kan også settes. I prinsippet-siden, i photodeposition av NNPs, kasjoner av metall redusert med photoexcited elektroner-den energi nivå av halvleders ledningsforstyrrelser bandet minimum (CBM) skal samsvare med (være mer negativ enn) reduksjon potensialet i den rettet kasjoner. På grunn av omfattende teknisk produksjon aspekter, er syntese av PRGO også beskrevet i detalj. For mer informasjon om kjemisk struktur og elektronisk egenskapene til PRGO kan se tidligere arbeid¹².

Detaljert strukturen av reaktoren er skjematisk avbildet i figur 2. Reaktoren har to hovedkomponenter: en UV-belysning og reservoaret rom. Belysning delen består av en kvarts tube, som er nøyaktig fast langs den sentrale aksen i en sylindrisk tube med polert aluminium duken. Reservoaret består av en 1 L forseglet-cap glassflaske med gass og væske (reaktantene) innganger og utganger. Bruk en silicon septum med en åpen skrukork for innsetting av rør. For å ta prøver under reaksjonen uten at oksygen inn reaktoren, installeres også en stikkontakt med en ventil. Det bør nevnes her at prøvetaking på bestemte tidsintervaller er ikke en del av nanocomposite prosessen, og prøvetaking bare må gjøres en gang for å få konsentrasjon-tid kurvene for hvert syntese parametere (anvendelsen av disse kurvene vil bli diskutert under diskusjon). Reservoaret er plassert inne i en is-vannbad mens blandes kraftig på en magnetisk rørestang. En magnetisk pumpe sirkulerer reactant fra reservoaret til reaksjon chamber (belysning inndelingen) og tilbake til reservoaret. En magnetisk en brukes siden høy flow priser er nødvendig (infusjonshastigheten i dette arbeidet = 16 L·min^-1) og peristaltiske pumper (eller andre lignende pumper) kan neppe gi de flyter. Når du bruker en magnetisk pumpe, bør forsiktighet utvises å fylle pumpehjulet casing (pumpehuset) med reactant væske og evakuere alle innestengte luften (oksygen kilde). Den innestengte luften kan også redusere pumpens skikkelig strømningsrate.

For en pulserende magnetisering av photocatalyst materialet, bestemte lengder av kvarts røret er dekket av en tykk aluminiumsfolie, forlater like lengder mellom dem avdekket (figur 2). Varigheten av pulserende magnetisering kan justeres ved å endre lengden på avdekket deler (eksponering lengde). Hvor optimal eksponering bestemmes av ulike parametere, for eksempel quantum avkastningen av photocatalyst og tiltenkte NP lasting (konsentrasjon av forløpere, se diskusjonen).