Método de síntese para celulose Nanofiber Biotemplated paládio composto Aerogéis

Aerogels, relatado pela primeira vez por Kistler, oferecer estruturas porosas ordens de magnitude menos densa do que suas contrapartes de material a granel^1,2,3. Os aerogéis de metais nobres têm atraído interesse científico pelo seu potencial em aplicações de energia, de energias, catalíticas e de sensores. Os Aerogels do metal nobre foram sintetizados recentemente através de duas estratégias básicas. Uma estratégia é induzir a coalescência de nanopartículas pré-formadas^4,5,6,7. A coalescência do sol-gel das nanopartículas pode ser conduzida por moléculas do vinculador, por mudanças na força iónica da solução, ou pela minimização simples da energia livre da superfície da nanopartícula^7,8,9. A outra estratégia é formar aerogéis em uma única etapa de redução das soluções de precursores metálicos^{9,10,11,12,13}. Esta abordagem também tem sido usada para formar aerogéis de metal nobre bimetálico e liga. A primeira estratégia é geralmente lenta e pode exigir até muitas semanas para a coalescência de nanopartículas¹⁴. A aproximação direta da redução, quando geralmente mais rápida, sofre do controle pobre da forma sobre o Monolith macroscópico do aerogel.

Uma possível abordagem de síntese para abordar os desafios com o controle da forma macroscópica do aerogel do metal nobre e da nanoestrutura é empregar o biotemplating¹⁵. Biotemplating usa moléculas biológicas que variam de colágeno, gelatina, DNA, vírus, a celulose para fornecer um modelo de direção de forma para a síntese de nanoestruturas, onde as nanoestruturas metálicas resultantes assumem a geometria do molécula modelo biológica^16,17. As nanofibras da celulose são apelando como um biotemplate dada a abundância natural elevada de materiais celulósicos, sua geometria linear da relação de aspecto elevada, e capacidade para funcionalizar quimicamente seus monômeros^18,19da glicose^{, 20,21,22,23}. Nanofibras de celulose (CNF) têm sido utilizados para sintetizar três dimensional tio₂ nanofios para fotoanodos²⁴, nanofios de prata para a eletrônica de papel transparente²⁵, e compósitos de aerogel Palladium para catálise²⁶ . Além disso, as nanofibras de celulose oxidado por TEMPO têm sido usadas como biotemplate e agente redutor na preparação de aerogéis CNF decorados com paládio²⁷.

Aqui, um método para sintetizar o nanofibras da celulose biotemplated os aerogéis compostos do paládio é apresentado²⁶. Os Aerogels frágeis com controle pobre da forma ocorrem para métodos nobres da síntese do aerogel do metal da escala. As nanofibras carboxymethylated da celulose (cnfs) usadas para dar forma a um hidrogel covalente permitem a redução de íons do metal tais como o paládio nos cnfs que fornecem o controle sobre a nanoestrutura e a forma macroscópica do monólito do aerogel após a secagem supercrítico. A reticulação de nanofibras de celulose carboxymethylated é conseguida usando 1-etil-3-(3-dimethylaminopropyl) cloridrato de carbodiimida (EDC) na presença de etilenodiamina como uma molécula do linker entre cnfs. Os hidrogéis CNF mantêm sua forma ao longo das etapas de síntese, incluindo reticulação covalente, equilibração com íons precursores, redução de metal com agente redutor de alta concentração, enxaguamento em água, troca de solvente de etanol e CO₂ Secagem supercrítica. A variação da concentração do íon do precursor permite o controle sobre o índice final do metal do aerogel com uma redução direta do íon um pouco do que confiando na coalescência relativamente lenta de nanopartículas pre-formadas usadas em métodos do sol-gel. Com a difusão como a base para introduzir e remover as espécies químicas dentro e fora do Hydrogel, este método é apropriado para geometrias maiorias menores e películas finas. Caracterização dos aerogéis compostos de nanofiber-paládio de celulose com microscopia eletrônica de varredura, difractometria de raios X, análise gravimétrica térmica, adsorção de gás nitrogenado, espectroscopia de impedância eletroquímica e voltametria cíclica indica uma área de superfície elevada, estrutura porosa do paládio metalizado.