셀룰로오스 나노 섬유 바이오 템플릿 팔라듐 복합 에어로겔에 대한 합성 방법

Kistler에 의해 처음 보고된 Aerogels는 벌크 재료 대응 1,^2,3보다밀도가 적은 다공성 구조 주문을 제공합니다. 귀금속 에어로겔은 전력 및 에너지, 촉매 및 센서 응용 분야에서 잠재력에 대한 과학적 관심을 끌었습니다. 노블 메탈 에어로겔은 최근 두 가지 기본 전략을 통해 합성되었습니다. 한 가지 전략은 미리 형성된 나노입자 4,5,^6,7의유착을 유도하는 것이다. 나노 입자의 솔 겔 유착은 링커 분자, 용액 이온 강도의 변화 또는 간단한 나노 입자표면 자유 에너지 최소화 7,^8,9에의해 구동 될 수있다. 다른 전략은 금속 전구체 용액^{9,10,11,12,13에서}단일 환원 단계로 에어로겔을 형성하는 것이다. 이 접근법은 또한 바이메탈 및 합금 귀금속 에어로겔을 형성하는 데 사용되었습니다. 첫 번째 전략은 일반적으로 느리고 나노 입자 유착^(14)에대해 최대 몇 주가 필요할 수 있습니다. 직접 감소 접근법은 일반적으로 더 빠르지만 거시적 에어로겔 모놀리스에 대한 잘못된 형상 제어로 고통받고 있습니다.

귀금속 에어로겔 거시적 형상 및 나노 구조의 제어로 문제를 해결하기 위한 한 가지 가능한 합성 접근법은 생체 템퍼링^15를사용하는 것입니다. Biotemplating은 콜라겐, 젤라틴, DNA, 바이러스, 셀룰로오스에 이르는 생물학적 분자를 사용하여 나노 구조의 합성을 위한 형상 지시 템플릿을 제공하며, 그 결과 금속 기반 나노 구조가 생물학적 템플릿 분자^16,17. 셀룰로오스 나노섬유는 셀룰로오스 물질의 높은 자연적 풍부성, 높은 종횡비 선형 기하학 및 포도당 단량체를 화학적으로 기능화하는 능력을 감안할 때 생체 템플릿으로 매력적입니다^18,19 ,^{19, 20,21},^22,23. 셀룰로오스 나노섬유(CNF)는 광양24용 3차원 TiO₂ 나노와이어,투명종이전자용 은나노와이어(25), 촉매용 팔라듐 에어로젤 복합재(26)를 합성하는데 사용되어 왔다. . 또한, TEMPO-산화 셀룰로오스 나노섬유는 CNF 에어로겔(27)을 제조하는 과정에서 생체템플릿 및환원제로서 모두 사용되어 왔다.

여기서, 셀룰로오스 나노섬유 바이오템플릿 팔라듐 복합 에어로겔을 합성하는 방법이 제시된다^26. 형태 가 약한 에어로겔은 다양한 금속 에어로겔 합성 방법에 대해 발생합니다. 카르복시메틸로오스 나노섬유(CNFs)는 공유 하이드로겔을 형성하는 데 사용되어 초임계 건조 후 나노 구조와 거시적 에어로젤 모놀리스 형상을 모두 제어할 수 있는 CNFs의 팔라듐과 같은 금속 이온의 감소를 허용합니다. 카르복시메틸로오스 나노섬유 가교는 CNFs 사이의 링커 분자로서 에틸렌디아민의 존재시 1-에틸-3-(3-디메틸아미노프로필) 카르보디미드 염산염(EDC)을 사용하여 달성된다. CNF 하이드로겔은 공유가성 가교, 전구체 이온과의 평형화, 고농도 환원제를 통한 금속 환원, 물에서 헹구기, 에탄올 용매 교환 및 CO2를 포함한 합성 단계 전반에 걸쳐 모양을 유지합니다. 초임계 건조. 전구체 이온 농도 변화는 솔 겔 방법에 사용되는 미리 형성된 나노입자의 비교적 느린 유착에 의존하지 않고 직접 이온 감소를 통해 최종 에어로겔 금속 함량을 제어할 수 있게 한다. 하이드로겔안팎의 화학 종을 도입하고 제거하는 기초로 확산되는 이 방법은 더 작은 벌크 형상 및 박막에 적합합니다. 스캐닝 전자 현미경, X선 회절 분석, 열 중량 측정 분석, 질소 가스 흡착, 전기 화학 임피던스 분광법 및 순환 볼탐측정법을 갖춘 셀룰로오스 나노 섬유 팔라듐 복합 에어로겔의 특성 분석 높은 표면적, 금속화 팔라듐 다공성 구조를 나타냅니다.