Synthesemethode voor cellulose nano vezel Biotemplated Palladium composiet Aerogels

Aerogels, eerst gerapporteerd door Kistler, bieden poreuze structuren orders van magnitude minder dicht dan hun bulkmateriaal tegenhangers^1,2,3. Edele metalen aerogels hebben wetenschappelijke interesse voor hun potentieel in vermogen en energie, katalytische en sensor toepassingen aangetrokken. Edele metalen aerogels zijn onlangs gesynthetiseerd via twee basisstrategieën. Eén strategie is het induceren van de coalescentie van voorgevormde nanodeeltjes^4,5,6,7. Sol-gel coalescentie van nanodeeltjes kan worden aangedreven door linker moleculen, veranderingen in de oplossing Ionische sterkte, of eenvoudige nanodeeltjes oppervlakte vrije energie minimalisatie^7,8,9. De andere strategie is om aerogels te vormen in een enkele reductie stap van metalen precursor oplossingen^{9,10,11,12,13}. Deze aanpak is ook gebruikt voor het vormen van Bimetaal en legering edele metalen aerogels. De eerste strategie is over het algemeen traag en kan tot vele weken vereisen voor nanodeeltjes-coalescentie¹⁴. De directe reductie aanpak, terwijl het over het algemeen sneller is, lijdt aan een slechte vorm controle over de macroscopische Aerogel monoliet.

Een mogelijke synthese aanpak voor het aanpakken van uitdagingen met de controle van edele metalen Aerogel macroscopische vorm en nano structuur is het gebruik van biotemplating¹⁵. Biotemplating maakt gebruik van biologische moleculen variërend van collageen, gelatine, DNA, virussen, tot cellulose om een vormgeleidersjabloon te bieden voor de synthese van nanostructuren, waarbij de resulterende op metaal gebaseerde nanostructuren uitgaan van de geometrie van de biologisch sjabloon molecuul^16,17. Cellulose nanovezels zijn aantrekkelijk als biotemp late gezien de hoge natuurlijke overvloed aan cellulose materialen, hun hoge beeldverhouding lineaire geometrie, en het vermogen om hun glucose monomeren te chemisch functionaliseren^{18,19, 20,21,22,23}. Cellulose nanovezels (CNF) zijn gebruikt voor het synthetiseren van driedimensionale Tio₂ nanodraden voor photoanodes²⁴, zilver nano draadjes voor transparante papier elektronica²⁵, en Palladium Aerogel composieten voor katalyse²⁶ . Verder, TEMPO-geoxideerde cellulose nanovezels zijn gebruikt als een biotemp late en reducerende agent in de bereiding van Palladium ingericht CNF aerogels²⁷.

Hier, een methode voor het synthetiseren van cellulose nano vezel biotemplated Palladium composiet aerogels wordt gepresenteerd²⁶. Fragiele aerogels met slechte vorm controle vindt plaats voor een reeks edele metalen Aerogel synthesemethoden. Carboxymethylated cellulose nanovezels (CNFs) die worden gebruikt om een covalente hydrogel te vormen, zorgen voor de reductie van metaalionen zoals Palladium op de CNFs, waardoor controle wordt over zowel nano structuur als macroscopische Aerogel monoliet vorm na superkritisch drogen. Carboxymethylated cellulose nano fiber crosslinking wordt bereikt met behulp van 1-ethyl-3-(3-Dimethylaminopropyl) Carbodiimide hydrochloride (EDC) in de aanwezigheid van ethyleendiamine als een linker molecuul tussen CNFs. De CNF-hydrogels behouden hun vorm gedurende de synthese stappen, met inbegrip van covalente crosslinking, equilibratie met precursor-ionen, metaal reductie met hoge concentratie reductiemiddel, spoelen in water, ethanol oplosmiddel uitwisseling en CO₂ superkritisch drogen. Precursor ionenconcentratie variatie zorgt voor controle over het uiteindelijke Aerogel-metaalgehalte door middel van een directe ionen reductie in plaats van te vertrouwen op de relatief langzame coalescentie van vooraf gevormde nanodeeltjes die in Sol-gel-methoden worden gebruikt. Met diffusie als basis voor het introduceren en verwijderen van chemische soorten in en uit de hydrogel, is deze methode geschikt voor kleinere bulk geometrieën en dunne folies. Karakterisering van de cellulose nano fiber-Palladium samengestelde aerogels met scanning elektronenmicroscopie, Röntgen diffractometrie, thermische Gravimetrische analyse, stikstof gasadsorptie, elektrochemische impedantie spectroscopie en cyclische voltammetrie duidt op een hoog oppervlak, met gemetalliseerde Palladium poreuze structuur.