JoVE Journal > Engineering
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
Türkçe

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Engineering

Hazırlık ve foto Aktif Bölümlü Ag Kullanım | ZnO ve Koaksiyel TiO<sub> 2</subTemplated elektrodepozisyon tarafından yapılmıştır>-Ag Nanoteller

Published: May 02, 2014
doi:
10.3791/51547
, , ,
1MESA+ Institute for Nanotechnology,University of Twente

Summary

Procedures are outlined to prepare segmented and coaxial nanowires via templated electrodeposition in nanopores. As examples, segmented nanowires consisting of Ag and ZnO segments, and coaxial nanowires consisting of a TiO2 shell and a Ag core were made. The nanowires were used in photocatalytic hydrogen formation experiments.

Abstract

Foto katalitik olarak etkili nano oksidasyon ve indirgeme yarı reaksiyonları için çok katalitik olarak aktif siteye varlığında ve hızlı bir elektron (delik) difüzyon ve şarj ayırma ile büyük bir spesifik yüzey alanı gerektirir. Nanoteller bu gereksinimleri karşılamak için uygun mimarileri sunuyoruz. Eksenel bölümlere Ag | ZnO ve 200 nm'lik bir çap ve 6-20 um bir uzunluğa radyal bölümlere (koaksiyel) TiO 2-Ag nanotellerin polikarbonat parça kazınmış (PCTE) veya anodize alüminyum oksit gözenekleri içinde elektro şablonu tarafından yapılmıştır (AAO) membranlar, sırasıyla. Fotokatalitik deneylerde, ZnO ve TiO 2 fazlar katot olarak Ag photoanodes olarak hareket ve. Harici devre geleneksel fotoğraf elektrokimyasal hücreler üzerinde önemli bir avantaj hem de elektrotlar bağlamak için gereklidir. Parçalara Ag yapmak için | ZnO nanotellerdir, Ag tuzu elektrolit ZnO doğru parçası oluşturmak üzere Ag segment oluşturulmasından sonra değiştirilmiştirAg segmente atomunun bağlanabileceği alifatik. Koaksiyel TiO 2-Ag nanotelleri yapmak için, bir TiO2 jel ilk olarak elektrokimyasal neden sol-jel yöntemi ile kuruldu. Kurutma ve şekilde şekillendirilmiş TiO2 jeli ısıl tavlama kristal TiO2 nanotüpler oluşumu ile sonuçlandı. TiO2 nanotüplerin içindeki bir sonraki Ag elektrodepozisyon adım koaksiyel TiO2-Ag nanotellerinin oluşmuştur. Nedeniyle, aynı tellerin içinde bir n-tip yarı iletken (ZnO ya da TiO 2) ve bir metal (Ag) kombinasyonu, bir Schottky engel fazlar arasındaki ara yüzeyde oluşturulmuştur. Bu nanotellerin fotokatalitik etkinliğini göstermek için, Ag | ZnO nanotellerin H2 gazı, bir metanol / su karışımı içinde dağılmış olan nanotellerinin UV aydınlatma üzerine tespit edildiği bir fotokatalitik deneyde kullanıldı. Aydınlatma 17 dakika sonra yaklaşık olarak 0.2 hacim% 2 H gaz içeren bir süspansiyona, ~ Ag 0.1 g algılandı | ZnO50 ml% 80 hacim sulu metanol çözeltisi içinde nanotellerin.

Introduction

, Küçük boyutları ve büyük bir yüzey-hacim oranı nedeniyle, nanotellerin biyomedikal ve nanoteknoloji uygulamaları 1, geniş bir yelpazede kullanılabilecek çok umut verici tek boyutlu nesnelerdir. Literatürde, fonksiyonel özelliklere sahip tek bir bileşen içeren çok sayıda nanotellerin 2-7 bildirilmiştir. Birden fazla malzemeler (metal, polimer ve metal oksitler) tek tellerin içinde bir sekans dahil edilmiştir zaman, çok fonksiyonlu nanotellerin, 9, 8 yapılabilir. Çeşitli kesimleri bir tek tellerin içinde bağlıyken, fonksiyonel özellikleri yalnızca münferit kesimlerin kullanıldığı zaman mevcut olmadığını görünebilir. Örneğin, bir tek tellerin içinde Au, Pt segmentleri içeren nanomotors hidrojen peroksit 4 içine yerleştirildiğinde, bağımsız olarak hareket ettiği rapor edilmiştir. Çok bölümlü nanotellerin oluşumu için uygun teknikler, sızma ve şablonu olan elektro <sup> 8, 9.

1987 yılında, Penner ve Martin polikarbonat membranlar 10 Au nanotellerinin oluşumu için şablonu elektrodepozisyon kullanımını yayımlamak için ilk idi. O zamandan beri, birçok diğer araştırmacılar polikarbonat track-kazınmış membranlar (PCTE) veya anodize alüminyum oksit (AAO) membranlar ve şablonları 11 kullanılarak, farklı boyutlarıyla nanotellerinin sentezi için Templated elektrolitik kullanarak başladı. Elektro genellikle ılımlı koşullar altında gerçekleştirilir gibi nanotel sentezi için şablonu elektrolitik kullanmanın avantajları maliyetli doğası, metaller, metal oksitler ve / veya polimerler ve tam bir kopyası arasında negatif oluşturma kabiliyetini birinden nanotelleri oluşturulması için olasılık şablon 11 kullanılmaktadır. Ayrıca, bölümlere ayrılmış nanotellerin iki veya daha fazla fazın art arda tevdi edilmesi ile oluşturulan ve ne zaman iki fazın biri bir nanotüp olabilir edilebilirşablonu elektro ile yapılabilir, iki ayrı faz ihtiva eden ortak eksenli nanotellerin yapılabilir.

Ilgili metal iyonları yüksek pH'da sulu çözeltiler içinde çözünmez olduğunda, metal oksitler elektrobirikimli edilebilir. Gerekli oksijen için, üç farklı ön-maddeleri, örneğin, nitrat iyonları, 12-15, hidrojen peroksit 13, 16, 17, ve 18 moleküler oksijen kullanılabilmektedir. Bu protokolde nitrat iyonlarının kullanımı ile, -0.9 V genel Ag / AgCl 'ye daha negatif bir potansiyel uygulama katot 19, 20 da nitrat indirgenmesi ile yerel olarak yüksek pH yol açar:

NO 3 – + H 2 O + 2e – → NO 2 – + 2 OH -. (1)

Elektrolit çözelti, 60-90 ° C'ye ısıtıldığında, ZnO nanotellerin çöken zin ikinci oluşturacakc hidroksit:

Zn 2 + + 2 OH – → ZnO + H 2 O (2)

Şablonu elektro gözenek alt kısmında konumlandırılmış çalışan elektrot, bir potansiyel uygulanması üzerine, gözenek içindeki pH lokal bir nanotel oluşumu ile sonuçlanır artar. ZnO, bir n-tipi yarı iletken olduğu için, reaksiyonlar, (1) ve (2) bir kristal ve yoğun ZnO tellerin 21, 22 oluşumu ile sonuçlanır ZnO / elektrolit arayüzünde devam edebilir.

Çeşitli yöntemler TiO2 nanotüpler sentezi için mevcuttur, ancak ardışık elektroliz işlemi kullanan bir koaksiyal yapı oluşumu için, elektrokimyasal olarak indüklenmiş sol-jel yöntemi çok uygundur. TiO2 filmlerin katodik elektro için bu yöntem ilk olarak 1996 23. Natarajon ve arkadaşları tarafından tanıtıldı. Ve furthe oldur Karuppuchamy ve arkadaşları tarafından geliştirilmiş., 2001 yılında 19, 24. Bu yöntemi kullanarak, titanyum oksisülfat (TiOSO 4) toz, peroxotitanate kompleksin oluşması üzerine, hidrojen peroksit sulu solüsyonu (2 H O 2) içinde çözünmekte (Ti (O 2) SO 4):

TiOSO 4 + H 2 O 2 → Ti (O 2) SO 4 + H 2 O (3)

-0.9 V genel Ag / AgCl 'ye daha negatif potansiyellere olarak, elektrot yüzeyinde pH, bir titanyum hidroksit jeli 19, 20 oluşturan, nitrat indirgenmesi (reaksiyonu (1)) arttırılır:

Ti (O 2) + 2 OH SO 4 -. + (X +1) H 2 → O TiO (OH) 2 xH 2 O + H 2 O 2 + SO 4 2 -. (4)


NatarAjan ve diğ. bu su bulmak için kullanılan diferansiyel termik analiz amorf TiO2 faz 23 oluşumu ile sonuçlanan termal tavlama sırasında, 283 ° C civarında jelden çıkarılır. Kristalizasyon 525 ve 550 ° C bir AAO şablon 25 kullanılmaktadır arasındaki bir sıcaklıkta oluşur, ancak sıcaklık, 365 ° C 23, 25 üzerine çıkarıldığı zaman, bir düzlemsel film için, anataz fazına kristalleşme meydana gelir.

TiO (OH) 2 · xH 2 → O TiO 2 + (x +1) H 2 O. (5)

Kullanılan AAO şablonun gözenek çapı, bir katı ya da açık nanotel nanotüp oluşturulacak olup olmadığını belirler. Küçük bir gözenek çapı nanotel oluşumu 20, 26 (~ 50 nm) sonuçları, daha büyük bir çapa (~ 200 nm) ile bir gözenek içinde aynı yöntemi uygulanırken sonuçlar, bir şablon olarak Depositionnanotüp oluşumu 25.. Jel çökme fazla suyun uzaklaştırılmasından sonra gerçekleşebilir olmasıdır.

1970'lerin başında, Fujishima ve Honda platin elektrot 27, 28 birleştirilmiş bir rutil elektrot tarafından gerçekleştirildi UV ışığı altında, doğrudan su bölme için bir sistem yayımlamak için ilk idi. O zamandan bu yana, 130'dan fazla yarıiletken malzemeler fotokatalizörlerin 29-31 olarak tespit edilmiştir. Bunlardan, titanyum dioksit 32-36, 37-40 çinko oksit, demir oksit ve 41, 42, en yoğun çalışmalar malzemelerdendir. Nanopartiküller ya da nanotellerin kullanıldığında, bu malzemelerin yüzey-hacim oranı daha iyi bir fotokatalitik verimi 29, 30, 43-49 yol açan büyük ölçüde arttırılabilir.

Fotokatalitik Ag yapımı için | bir Fotoaktif n-tip olduğu ZnO nanotellerdir, ZnO,e yarıiletken, aynı şablonu 50 içinde sıralı elektro aracılığıyla Ag ile bağlanmıştır. Böyle bir tek tellerin içinde, ZnO photoanode ve Ag katod doğrudan geleneksel bir foto-elektrokimyasal hücrelerde durumun aksine olan elektrotları birleştirmek bir dış devre, gerek kalmadan bağlanmıştır. Bu cihaz, oldukça mimarisini basitleştiren ve sistemde omik kayıpları indirgenmesi ile verimliliğini artırır. ZnO ve Ag kesimleri ZnO (vakum vs 4.35 eV) ve elektron ilgisi beri birleştirildi Ag (vakum vs 4.26 eV) ait çalışma fonksiyonu çok yakındır. Bu, böylece elektron-delik 52 rekombinasyon şansı yasaklayan, ZnO iletim bandı uyarılmış elektron tersi Ag akışının, ancak sağlar: her iki fazda 51 arasında bir Schottky bariyer oluşumunu uyarmaktadır. ZnO aktif hekzagonal faz nanow kolay ve ekonomik bir yol sağlar, 60-90 ° C'de, daha önce oluşturulabilirire oluşumu. Bu, katodik elektro ile yapılan zaman, yüksek sıcaklıklarda bir ara tavlama adımı gerektiren diğer birçok foto aktif oksitler aksine bulunmaktadır.

Hidrojen ve karbon dioksit içine metanol ve su dönüşüm bir metal içeren bir parçalanmış tellerin kullanımı ve UV ışığının etkisi altında özerk H 2 oluşturulması için bir metal oksit fazı göstermek için bir model tepki olarak kullanılmıştır. Bu deneyde, metanol net reaksiyon sonrasında, ZnO segmentte 2, CO oksitlenir bir delik süpürücü olarak kullanılır

CH3 OH + H + 2 O 6H + → CO2 + 6H +, (6)

h + bir elektron boşluğu temsil etmektedir. ZnO segmentinde oluşan proton reaksiyonun ardından, Ag yüzeyde H 2 indirgenir

2H + + 2e –594; H 2. (7)

Reaksiyonları (6) ve (7) ZnO bant boşluk (sırasıyla, 0.7 ve 3.2 eV) daha küçük olduğu için gerekli toplam enerji için, bu işlem, bir harici güç kaynağı için gerek kalmadan gerçekleşebilir. Bu işlem, Şekil 1'de şematik olarak görüntülenmiştir.

Bu protokol, bir metal ve yarı iletken bir faz ihtiva eden iki parçalı ve koaksiyel nanotellerin oluşumu için şablonu elektro deneysel prosedürler açıklanmıştır. Segmente Ag oluşumu için bir prosedür | ZnO nanotellerin hem de TiO2 nanotüplerin oluşumu ve koaksiyel TiO 2-Ag nanotelleri vermek üzere Ag ile daha sonra doldurma belirtilmiştir. Ayrıca, Ag fotokatalitik aktivitesi | ZnO nanotellerin bir Pd tabanlı kullanılarak UV ışığı ile ışınlama üzerine, H 2 ve CO2 gazı içine bir metanol / su karışımı dönüştürülmesi ile ortaya konmuşturH 2 tespiti için sensör. Bu protokolün vurgu iki farklı segmente metal oksit hazırlanması ve fotokatalitik karakterizasyonu üzerinde | metal nanotel modülleri, ve bir daha derinlemesine tedavi ve bir çok fonksiyonlu tellerin bir örnek başka yerde 53 bulunabilir. Koaksiyel TiO 2-Ag nanotelleri kullanılarak istihdam edildi su yarma reaksiyonu, aynı zamanda başka bir yerde 25 bulunabilir.

Protocol

Kesimli Ag | PCTE Membranlarinda ZnO Nanotel Oluşumu Templated elektrodepozisyon 1. PCTE Membran Hazırlanması 200 nm bir dış gözenek çapı ve 6 mikron (Şekil 2a) bir kalınlığa sahip bir parça kazınmış polikarbonat membran seçin. Burada kullanılan membranın çapı 25 mm'dir. Membranın (Şekil 2b) arka tarafındaki bir altın tabakanın püskürtmeyle çökeltilmesi. Bu durumda, 2 x 10 -2 mbar'lık bir basınç çökeltme gazı Ar ile püskürtme olarak kullanılmıştır. ~ 13 nm / dak 'lık bir düşük depozisyon hızı kullanın. NOT: Bu Au katman elektro sırasında elektrik kontağı olarak kullanılacaktır. Membran altın kaplanmış tarafında üstüne küçük bir cam slayt (1.4 x 2.1 cm) takmak için çift taraflı yapışkan bant kullanın. Bunun için, cam slayt (Şekil 2c) kenarları boyunca çift taraflı bant dört küçük şeritleri koyun. NOT: membran olmadan, mümkün olduğunca pürüzsüz olduğundan emin olunkıvrımlar veya kırışıklıklar. Bu cam slayt, zar, gözenekler içine seçici elektrolitik sağlamak için kullanılır. Mekanik stabilite için cam slayt dışarı sopalarla zar kısmında bakır bant küçük bir parça sopa. Bakır şerit iletken olduğundan, çalışma elektrot timsah klibi bakır bant takılabilir. Gerekirse, kenarlarda Teflon bant koyarak cam slayt için zarın yapışmasını sağlamaktadır. NOT: Oda sıcaklığında biriktirme için çift taraflı bant yapışma genellikle yeterince güçlü olduğunu, ancak yüksek sıcaklıklarda o da teflon bant kullanımı önerilir. . Ag 2 Elektrodepozisyon | ZnO Nanoteller Ag segmenti hazırlanması 0.20 M AgNO 3 (50, ml başına 1.70 g) ve 0.10 MH 3 BO 3 (50, ml başına 0.31 g) ihtiva eden bir sulu çözelti hazırlayın. HNO 3 ile 1.5 'e pH ayarlayın. Hazırlanmış koyunbirlikte bir Pt karşı elektrot ve bu şekilde hazırlanan solüsyon içinde bir Ag / AgCI (3 M KCl) referans elektrodu ile membran. 30 saniye için Ag / AgCİ referans elektrotuna karşı 0,10 V bir potansiyel uygulanır (Şekil 2d ve 2e). NOT: Her potansiyostat yazılım farklı olacak olsa da, tüm programlar girdi "potansiyel set" gibi satırlar ve bu değerler potansiyostat kılavuzuna başvurun doldurulması ve daha fazla bilgi için yazılım dahil edilebilir "süresi", olmalıdır. Solüsyondan elektrotları alın ve milli-Q su ile yıkayın. ZnO segmenti hazırlanması 0.10 M Zn (NO 3) 2 · 6H 2 O (1.49 g, 50 ml başına) içeren sulu bir çözelti hazırlayın. Bir su banyosu kullanılarak 60 ° C'ye ısıtın solüsyonu ve birlikte bir Pt karşı elektrot ile ısıtılmış çözeltide bir Ag / AgCI referans elektrodu ile Ag segmenti içeren membran koydu. <li> 20 dakika boyunca Ag / AgCİ referans elektrotuna karşı -1.00 V bir potansiyel uygulama (Şekiller 2d ve 2e). NOT: Her potansiyostat program farklı olacak olsa da, tüm giriş "potansiyel set" gibi satırlar ve bu değerler potansiyostat kılavuzuna başvurun doldurulması ve daha fazla bilgi için yazılım dahil edilebilir "süresi", olmalıdır. Solüsyondan elektrotları alın ve milli-Q su ile yıkayın. H 2 sensöründen gelen önemli bir sinyal için yeterli nanotelleri elde etmek için bu işlem 4x tekrarlayın. 3.. Nanotellerin Ekstraksiyon ve Sulu Çözüm transfer Cam slayttan nanotelleri içeren zar kesilir. Bir polipropilen santrifüj tüpüne zarın bu bölümü aktarın. PCTE membran çözülür ve çözelti içine serbest bırakmak için nanotelleri CH2 Cl 2 ~ 2 ml ilave edilir. ~ 30 dakika sonra, zarTamamen (Şekil 2f ve 2g) içinde çözüldü olmalıdır. SEM analizi için bir küçük gofret Si nanotelleri içeren CH2 Cl 2 çözeltisi, küçük bir damlacık uygulanır. Santrifüj ~ 5 dakika boyunca 19,000 x g de elde edilen çözelti, fazla CH2 CI2 çıkarın ve taze CH2 Cl 2 ekleyin. Işlemi tekrarlayın, en azından emin tüm polikarbonat kaldırıldı yapmak için 3x. Tüm polikarbonat çıkarıldıktan sonra, fazlalık CH2 Cl 2 çıkarılmasından sonra nanotellerin için Milli-Q su ilave edin. Tamamen milli-Q su ile Cl 2 tüm CH2 değiştirmek için en az 3 kere tekrar santrifüj tekrarlayın. AAO Membranlarinda koaksiyel TiO2-Ag Nanotel Formasyonu Templated elektrodepozisyon 4. AAO Membran Hazırlanması (200 nm ve 60 um kalınlığında bir gözenek boyutuna sahip bir zar AAO alın <strong> Şekil 2a). Burada kullanılan membranın çapı 13 mm'dir. Membranın (Şekil 2b) arka tarafındaki bir altın tabakası püskürtmeyle çökeltilmesi. Bu durumda, 2 x 10 -2 mbar'lık bir basınç çökeltme gazı Ar ile püskürtme olarak kullanılmıştır. ~ 13 nm / dak 'lık bir düşük depozisyon hızı kullanın. NOT: Bu Au katman elektro sırasında elektrik kontağı olarak kullanılacaktır. Teflon bant kullanarak 2h Şekil gibi bir konfigürasyonda bir Au-kaplı cam slayt AAO zarları takın. Not: AAO membranları timsah klip ile bağlantı için çok kırılgan olduğu için, zar, gözenekler içine seçici elektrolitik sağlamak için, AAO zar, PCTE zarlar farklı bir konfigürasyonda bir küçük bir cam slayt bağlı olmak gerekmektedir. 3.0 x 2.5 cm'lik bir cam slayt, kullanıldığı zaman, iki membranlar aynı anda kullanılabilir. Elektro bağlanırken kolay kullanım için cam slayt Au kaplı kısmında bakır bant küçük bir parça koyundes. TiO2-Ag Nanotellerin 5. Elektrokimyasal biriktirme Bir TiO2 jel hazırlanması 0.02 M TiOSO 4 (50, ml başına 0.16 g) ihtiva eden bir sulu çözelti hazırlayın 0.03 MH 2 O 2 (50 ml 0.13 ml), 0.05 M HNO 3 (50, ml başına 0.15 mi) ve 0.25 M KNO 3 (1.26 g 50 ml için). Pt, bir karşı elektrot ve gibi hazırlanan çözelti içinde, bir Ag / AgCI (3 M KCl) referans elektrotu ile birlikte hazırlanan zar koyun. 3.5 saat için Ag / AgCİ referans elektrotuna karşı -1,0 V bir potansiyel uygulanır (Şekil 2d ve 2e). NOT: Her potansiyostat yazılım farklı olacak olsa da, tüm programlar girdi "potansiyel set" gibi satırlar ve bu değerler potansiyostat kılavuzuna başvurun doldurulması ve daha fazla bilgi için yazılım dahil edilebilir "süresi", olmalıdır. Solüsyondan elektrotları alın ve durulama DEĞİLmilli-Q su ile zar, TiO2 jel hala olduğu için suda çözünür. Diğer elektrot milli-Q su ile durulanabilir. Koaksiyel TiO2-Ag nanotellerinin hazırlanması Termal hava içerisinde 2 saat boyunca 650 ° C'de bir fırında TiO2 jel ile zarları tavlanması. Bir altın kaplı cam slayt zarları tekrar takın. 0.20 M AgNO 3 (50, ml başına 1.70 g) ve 0.10 MH 3 BO 3 (50, ml başına 0.31 g) ihtiva eden bir sulu çözelti hazırlayın. HNO 3 ile 1.5 'e pH ayarlayın. Pt, bir karşı elektrot ve gibi hazırlanan çözelti içinde, bir Ag / AgCI (3 M KCl) referans elektrotu ile birlikte hazırlanan zar koyun. 1.5 dakika için Ag / AgCİ referans elektrotuna karşı 0,10 V bir potansiyel uygulanır (Şekil 2d ve 2e). NOT: Her potansiyostat yazılım farklı olacak olsa da, tüm programlar "set Pote gibi giriş satırları olmalıdırbu değerler potansiyostat kılavuzuna başvurun doldurulması ve daha fazla bilgi için yazılım dahil edilebilir ntial "ve" süre ",. Solüsyondan elektrotları alın ve milli-Q su ile yıkayın. TiO2 nanotüpler dahil Ag nanopartiküllerin hazırlanması 100 ° C'de TiO2 jel gecede ile membranlar ısıtın 0.20 M AgNO 3 (50, ml başına 1.70 g) ve 0.10 MH 3 BO 3 (50, ml başına 0.31 g) ihtiva eden bir sulu çözelti hazırlayın. HNO 3 ile 1.5 'e pH ayarlayın. Pt, bir karşı elektrot ve gibi hazırlanan çözelti içinde, bir Ag / AgCI (3 M KCl) referans elektrotu ile birlikte hazırlanan zar koyun. 1.5 dakika için Ag / AgCİ referans elektrotuna karşı 0,10 V bir potansiyel uygulanır (Şekil 2d ve 2e). NOT: Her potansiyostat yazılım farklı olacak olsa da, tüm programlar "giriş hatları gibi olmalıPotansiyel set "ve" bu değerler potansiyostat kılavuzuna başvurun doldurulması ve daha fazla bilgi için yazılım dahil edilebilir süresi ",. Solüsyondan elektrotları alın ve milli-Q su ile yıkayın. H 2 sensöründen gelen önemli sinyal için yeterli malzeme elde etmek nanotellerdir / nanotüpler ile doldurulmuş en az 10 membranlar elde etmek için bu işlemi tekrarlayın. Nanotüpler ve Nanotellerin 6. Ekstraksiyon Cam slayt nanotüpler veya nanotelleri içeren membran kesin. Bir polipropilen santrifüj tüpü içine, zar bu bölümü aktarın. ~ AAO membran çözülür ve çözelti içine nanotüpler nanotelleri veya serbest bırakmak için 1.0 M NaOH içeren bir sulu çözeltisinin 2 ml ilave edilir. ~ 2 saat sonra, zar tamamen (Şekil 2f ve 2g) içinde çözüldü olmalıdır. Santrifüj 5 mi ~ boyunca 19,000 xg'de elde edilen çözeltin fazla NaOH çözeltisi kaldırmak ve taze milli-Q su ilave edin. Işlemi tekrarlayın en azından bütün NaOH kaldırıldı emin olmak için 3x. Tüm NaOH çıkarıldıktan sonra, sulu süspansiyon 2 H oluşum deneyleri için de kullanılabilir. Seçenek olarak ise, SEM ile hazırlanmış nanotüpler veya nanotellerinin görselleştirme için fazla su çıkarıldıktan sonra nanotüpler ve nanotellerin için CH2 Cl 2 ya da başka bir uçucu çözücü ekleyin. Santrifüj tekrarlayın azından tamamen uçucu çözücü ile tüm su yerine 3x. Bir küçük Si gofret üzerine nanotüpler veya nanotelleri içeren çözeltinin küçük bir damlacık yatırınız. H 2 Oluşumu Deneyleri Hidrojen Sensör 7. Hazırlanması Bir Pd tabanlı bir hidrojen sensörü al. Bir kuvars tüpün üstüne oturur bir NS fişin içinde sensörünü yerleştirin. Gösterildiği gibi standart bir Wheatstone köprü sensörünü bağlayınŞekil 3'te. 8. Fotokatalitik Hidrojen Formasyonu 72 ml kuvars tüp içinde sulu çözelti nanotel koyun. 10 ml su içinde, toplam kuvars tüp içinde olduğu kadar daha fazla su ekleyin. Daha sonra 40 ml metanol ilave edin. Kuvars tüpün üstüne yerleştirmeden önce Pd bazlı H 2 sensörden gelen sinyali kayıt başlatın ve sinyale varyasyonu izlemek. Aynı zamanda, gerçek Ölçümü başlatmak için UV ışık kaynağına döndürerek kararlı sinyalinin ~ 200 saniye sonra, kuvars tüpün üzerine H 2 sensörünü koydu. Not: Bu deneylerde, UV kaynağı, yaklaşık olarak 10-15 cm kadar uzaklıkta numuneden yerleştirilmiştir.

Representative Results

Elektro sırasında, çalışma ve karşı elektrot arasında ölçülmektedir ki mevcut bir It eğrisinde görselleştirilebilir. Mevcut doğrudan Faraday yasası ile biriken malzemenin miktarı ile ilgili olduğu için, gözlenen akım ne kadar çökeltme hasılatının önemli bir göstergesidir. Ag çökelmesi için tipik eğrileri | ZnO ve TiO 2-Ag nanotellerin, Şekil 4 'de gösterilmiştir tipik Ag SEM görüntülerini |. ZnO nanotelleri, TiO 2 nanotüpler, koaksiyel TiO 2-Ag tellerin ve TiO 2 / Ag nanotüpler olabilir, sırasıyla Şekil 5 ve Şekil 6'da bulunabilir. Şablon ve Ag ardışık elektro içinde bir titanya jel birikimi için elektro kaynaklı sol-jel yöntemi kullanılarak jel kurutmak için kullanılan sıcaklığa bağlı olarak, iki farklı yapılarda neden olabilir. Gece boyunca Conde 100 ° C sonuçlara jelin kurutulmasıJelin nsation, su içinde tekrar çözündürülmesi için önler. Hiçbir yoğun boru şekli henüz bu sıcaklıkta kurdu yana, Ag çekirdekler titanyum jel içine yatırılır. Bir TiO2 nanotüp (Şekil 6c) dahil Ag nanopartikülleri oluşumunda 650 ° C sonuçlar, titanyum jel çöküşü Ag nanopartikülleri gözenek duvarlarına taşınacak neden beri de sonraki tavlama. Buna karşılık, önceki Ag elektro için titanyum jel yüksek sıcaklıklara kadar kızdırma bir katı madde TiO2 nanotüpler oluşumuna yol açar. Bu durumda, Ag nanotellerin ortak eksenli bir mimari (Şekil 6b) ile TiO 2-Ag nanotellerinin oluşumuna yol açan, bu borular içine yatırılır olabilir. Segmente Ag aktivitesi | fotokatalitik su bölme içinde ZnO nanotellerin UV ışıması altında bir metanol / su çözeltisi kullanılarak incelenmiştir edilmiş olabilir, bir delik süpürücü olarak metanol davranır. Bir teknik ahmakÇözeltiden gaz halinde hidrojen gelişen tespit etmek için bir yöntem le doğrudan çözeltisi üzerinde ise bir H 2 sensörüne (Şekil 7) yerleştirilmesi ile elde edilir. Bu deney, yalnızca sensöre ulaşan H 2 miktarını tespit eder, bu şekilde oluşturulan H 2'nin gerçek miktarı bir H 2 metanol / su fazı içinde çözülmüş kalacak kadar yüksek olabilir. Sensör tarafından tespit edilen sinyal Şekil 8a'da gösterilmiştir. Şekil 8b, mevcut H 2 oluşumunun zaman dilimi için dönüşüm sonra aynı sinyalini gösterir. UV ışık kaynağı (Şekil 8a'da t = 17,5 dakika) açık olduğu zaman, sinyal nedeniyle sensörünün ışık hassasiyeti büyük ölçüde düşer. Sağ sinyal, bu düşüş sonra reaksiyon başlar ve sonuç olarak bu moment Şekil 8b'de t = 0 dakika olarak tanımlanmıştır, ve karşılık gelen sinyal test tüpünün UV ışınlarına maruz kalma sırasında, 0 V'a olarak tanımlandı, bu da görünür olduğu küçük gaz bubbles oluşturulmuştur. Kullanılan algılayıcı metanol hafifçe çapraz duyarlı olduğu için, nanotellerin olmayan bir referans örneğinin ölçüm de dahil edilmiştir. UV aydınlatma sırasında, Şekil 8 nanotellerin ile numuneden sinyal referans numuneden elde edilen sinyal daha yüksek olduğunu göstermektedir. Potansiyel artış oluşturur ve solüsyondan gaz geliştikçe H 2 miktarı için göreli bir ölçüsüdür. Evrim H 2 miktarı için niceliksel bir tahminini elde etmek için, fotokatalitik deneyler sensörünün tepki potansiyeli N2 gaz akımı içinde bir 4 hacimce% H 2'de cevabında ile karşılaştırılmıştır. ZnO nanotellerdir solüsyonun üzerindeki gaz hacmi içinde, yaklaşık 0.2 hacim% H 2 oluşumuna neden | karşılaştırmadan, bu Ag UV aydınlatma 17 dakika olduğu tahmin edilmektedir. Nanotellerinin 0.1 g kullanıldı ~ için, bu 6.92 x 10 bir H 2 evrim oranına eşittir -6 Mol / saat · g. Referans olarak, tek fazlı ZnO veya Ag nanotellerinin ile deneyler de yapıldı. Burada gösterilmeyen Bu deneyler, H 2 oluşumu herhangi bir gösterge vermediler; ne gaz kabarcık oluşumu ne de sensor sinyali. Şekil 1 segmente Ag Çalışma prensibi | fotokatalitik su bölme ZnO nanotel:. (A) şematik gösterimi, ve (b) enerji diyagramı. UV ışığı ZnO kesimi tarafından emildiğinde, bir elektron-delik çifti oluşturulur. Gibi şekillendirilmiş elektronlar bir elektrokimyasal indirgeme yarı reaksiyonunda tüketilen Ag fazına akar. Delik bir oksidatif yarı reaksiyonunda tüketilen ZnO segmentinde kalır.olsun = "_blank"> büyük resmi görebilmek için buraya tıklayın. Şekil 2,. Nanotel sentezi için alınan birbirini izleyen adımların şematik temsili. Şekil 3.. Wheatstone köprüsü ile H 2 sensörünün Tipik çalışma devresi. Bu şemada, 4 pin 1 (pin 1 siyah, pim 2 mavi sensörünün kablo bakın, 3 pin beyaz, pin 4 kahverengi ), R h, ısıtıcının (150 ± 50 Ω) direncidir, R r, referans (1500 ± 500 Ω) direncidir, R s sensörün direncidir (1, 000 ± 250 Ω). 0.5 V 1.0 ısıtıcı uygulanır ve 2.7 V Wheatstone köprüsü multimetre / potansiyostatla bağlanır. V üzerinden uygulanır, böylece algılayıcı 12 voltluk bir güç kaynağına bağlanır. Pin 2 yanındaki direnç değişkendir ve uygun bir taban çizgisi elde etmek için ayarlanabilir. Şekil 4 (a) Ag tipik eğrileri |.. ZnO nanotel birikimi, ve (b) TiO 2-Ag nanotel birikimi ilaveler, Ag segmenti: (a) ya da Ag çekirdeğin çökelmesi büyütülmüş eğrisini gösterir (b). Daha büyük resmi görmek için buraya tıklayın. <p class="jove_content" fo:keep-together.within-page = "always"> . Eksenel segmente ZnO'nun Şekil 5 Taramalı Elektron Mikroskobu (SEM) resim | Ag nanotellerdir. (A) TiO2 nanotüpler, (b) koaksiyel TiO2-Ag tellerin ve (c) TiO2 / Ag nanotüpler Şekil 6.. SEM resimleri. resmi büyütmek için buraya tıklayın. Şekil 7,. Saptanması için tipik ayarH fotokatalitik nanotellerinin evrimleştiği 2 gaz. Pd bazlı H 2 sensör kuvars küvetin NS fiş yerleştirilir ve (bkz. Şekil 3) bir amplifikatöre bağlı. Amplifikatör edilen sinyalin grafiksel gösterimi için bir bilgisayara bağlı bir multimetre (veya potansiyostatla) tarafından okunan sensöründen gelen 12 V güç kaynağı ve sinyal tarafından işletilmektedir. resmi büyütmek için buraya tıklayın. Şekil 8, Ag UV ışınlaması sırasında H 2 sensöründen Response |.. Tellerden (mavi çizgi) olmayan bir metanol / su karışımı (kırmızı çizgi) ve referans deneyinde ZnO nanotellerin (a) Sinyal ile ölçülensensör; (B) sinyal t veri noktası = (a) 17.5 dakika (b) 'de reaksiyonun başlangıcı olarak tanımlandı. 2 H oluşumu sırasında, daha geniş görünüm için. . Şekil 9 photocorroded Ag SEM görüntüsü | ZnO nanotel UV aydınlatma, 48 saat sonra.

Discussion

Nanotellerinin şablonu elektro de çok önemli zar üstüne püskürtülen altın elektrot arka tarafının yalıtılmasıdır. Izolasyon olmadan, malzeme tercihen membranın arka tarafında yerine gözenekler içine altın yüzeyi üzerinde biriktirilmesi olacaktır. Düz bir elektrot iyonlarının difüzyon zar gözenekleri içine difüzyon çok daha hızlı olmasıdır. Altın elektrotun her iki tarafında depolanmasının diğer bir dezavantajı, elde edilen çökelmiş Bu eğri nanotellerinin miktarı ve uzunluğuna bağlı olamaz olmasıdır. Şekil 4'te, çeşitli aşamaları Ag segmenti: (a) ya da Ag kısım (b) çökelmesi için tespit edilebilir. Her elektrodepozisyon Deneyin ilk aşaması elektriksel çift tabaka dengeye ulaşana kadar yavaş yavaş azalır akım ani bir artış eşlik elektriksel çift tabaka, şarj edilir. PCTE membran poWhatman'dan temin res tellerin yüzeyi ile bir puro şekil, aynı zamanda daha fazla maddenin çökeltilmesinden yol yerleştirme artar yüzey alanı gibi, ikinci aşamada, mevcut artar, ve reaktanların daha hızlı bir kaynağı olması yaklaştıkça membran gözeneklerin giriş. Üçüncü aşamada, yüzey alanındaki bir değişiklik daha hızlı tepkime maddesi kaynağının sadece etkisi itibaren artan akımının daha küçük bir eğim yol açan en az bir bu aşamada görülebilir.

, Bir metal oksit ve bir bölümü her ikisini ihtiva eden bölümlere nanotelleri biriktirilmesi durumunda, gözenekler içine elektro düzeni açık bir şekilde dikkate birbirlerinin çözeltisi içinde biriken fazların çözünürlüğünü alınarak belirlenebilir gerektiğini not edin. ZnO asidik AgNO 3 çözelti içinde çözülür gibi, bu durumda, Ag kademeli bir ZnO segmenti önce biriktirilmiştir. Asil metal içeren bir parçalı tellerin oluşturulması durumunda ve daha az noble bir, örneğin, Pt ve Ni, Pt, Ni ve galvanik değiştirme reaksiyonu dikkate alınmalıdır. Bu reaksiyon, bir galvanik yerine önceki yayın 54 olarak tartışıldığı gibi daha geniş bir Aşırıgerilim kullanılarak bastırılabilir.

PCTE veya tellerin veya nanotüp sentezi için AAO zarları kullanarak için seçim, genellikle, termal tavlama aşaması tercih edilen bir malzeme için arzu edilir olup olmadığına dayanmaktadır. Bir tavlama aşamasının gerekliliği olmadan PCTE membranlar işlemek için daha kolay ve göreceli olarak iyi zarlar, ticari olarak elde edilebilir. Yüksek sıcaklık tavlama için, AAO membranların kullanılması gerekmektedir. Bu zarlar polikarbonat membran kadar esnek değildir ve oldukça kırılgandır. Bazı ticari AAO zarlar mevcuttur, ancak 2 aşamalı anodizasyona kullanarak ev yapımı AAO membranların kalitesi çok iyidir. Bunun için, çeşitli yemek tarifleri 55,56 mevcuttur.

Pd bazlı H 2 </sub> Bu çalışmada kullanılan sensor, H ya da 2 oluşmuş olup olmadığını belirlemek için kolay ve göreceli olarak ucuz bir yöntemdir. Ne yazık ki, bunun nedeni eğrilerinin şekli görüldüğü gibi, metanol, metanol / su çözeltisi içerisinde çözündürüldü H 2 tespit etmek için içsel yetersizlik, ve doğrusal olmayan tepki gibi uçucu çözücülere karşı büyük çapraz Duyarlılığı niceliksel ölçümler için uygun değildir Şekil 8'de. sayısal ölçümler her laboratuarda mevcut değildir, özel bir donamıma olan metanol / su karışımı, yukarıda kafa alanına bağlı bir GC girişi ile bir kurulumunda gerçekleştirilebilir.

Ag kullanarak H 2 oluşumu | ZnO nanotellerdir tipik sonra durdu ~ sona gaz kabarcığı oluşumuna gösterdiği gibi UV aydınlatma 48 saat. Bu etkinlik kaybının nedeni, aşağıdaki reaksiyona uygun olarak 57-60 ZnO fotokorozyon olduğu:

ZnO + 2H + → Zn 2 + +1/2 O 2 (8)

Photocorroded Ag bir SEM görüntüsü |.. Bir süspansiyon zaman ZnO nanotellerin Şekil 9'da gösterildiği gibi, bu şekilden de görülebileceği gibi, ZnO segmentinin yüzeyi, Şekil 5 gibi sentezlenmiş teller ile karşılaştırıldığında, UV aydınlatma üzerine çok kaba oldu Ag toplu | 48 saat boyunca, karanlıkta, aynı çözelti içinde ZnO nanotellerin, korozyon bir iz bulunmuştur. Bu, gerçekten gözlenen korozyon fotokorozyon ikinci olup elektrolitik korozyona neden olduğunu doğruladı. Literatürde çeşitli yöntemler TiO2 nanotüpler 59,61,62 üzerinde polianilin bir tek tabaka ile ZnO nanopartiküllerinin hibridizasyon ya da 60 C ve ZnO nanoçubuklar bir aşılama dahil ZnO fotokorozyon inhibisyonu için rapor edilmiştir.

Eksenel olarak ya da radyal olarak bölümlenmiş nanotellerinin Templated elektro Çok bölümlü n çökelmesi için mükemmel bir platformdurZnO kesimleri fotokatalitik elemanları olarak uygulanabilir | Ag hangi, bir kerede birden fazla işlevi yürütmek mümkün anowires. Bir önceki yayın, altı kesimleri içeren bir tek tellerin bir SEM görüntüsü tanıtıldı: Pt | Au | Pt | Ni | Ag | ZnO. Böyle bir nanotel özerk hareket için kullanılabilir (Pt | Au | Pt), manyetik direksiyon (Ni) ve fotokatalitik H 2 formasyonu (Ag | ZnO) 53.

Özet olarak, segmentli Ag sentezi için basit bir protokol | şablonu elektro göre ZnO nanotellerin ve koaksiyel TiO 2-Ag nanotellerin sağlanmaktadır. Bu tellerden fotokatalitik aktivitesini belirlemek için bir yarı-kantitatif yöntem UV ışıması altında H2 ve CO 2 içine metanol ve su fotokatalitik dönüşüm kullanılarak ortaya çıkartılmıştır. Bu metal oksit, metal tellerden nanotellerin çok fonksiyonlu ve diğer nanotel cihazlarda kullanılabilir öngörülmektedir.

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

TOP program çerçevesinde Bilimsel Araştırma Hollanda Örgütü (NWO-CW) Kimyasal Bilimler bölümünden mali destek kabul edilmektedir.

Materials

Silver Nitrate (AgNO3) Acros Organics 419351000 99+%
Boric Acid (H3BO3) Sigma-Aldrich 202878-500G 99.99%
Nitric Acid (HNO3) Acros Organics 124660010 65%
Zinc Nitrate Hexahydrate (Zn(NO3)2·6H2O) Sigma-Aldrich 228737-500G 98%
Dichloromethane (CH2Cl2) Merck (Boom) 51006050100 99%
Titanium oxysulfate (TiOSO4) Sigma-Aldrich 333980-500G Synthesis grade
Hydrogen peroxide (H2O2) Sigma-Aldrich 349887-500ML 35%
Nitric acid (HNO3) Acros Organics 124660010 65%
Potassium nitrate (KNO3) Acros Organics P/6040/60 >99%
Sodium hydroxide (NaOH) Sigma-Aldrich 20606-0025 >98%
Methanol (CH3OH) Merck 1060121000 Dried ≥99.9%
Polycarbonate membranes 200 nm Fisher Scientific 09-300-61
Anopore AAO membranes 200 nm VWR 514-0523
Sputtering system Perkin-Elmer Model 2400
Microscope glass slides (Menzel) VWR 631-0704
Autolab potentiostat with Metrohm-Autolab PGSTAT 128N
– Pt sheet counter electrode PT.SHEET
– Ag/AgCl in 3 M KCl reference electrode 60,733,100
Polypropylene Nunc centrifuge tubes Fisher Scientific 12-565-286C
Centrifuge Hermle Z36HK
Pd-based hydrogen sensor Kebaili KHS-100
4x 15W Hg lamp UV source Philips Philips original home solaria
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Kuppler, R. J., et al. Potential applications of metal-organic frameworks. Coordination Chemistry Reviews. 253, 3042-3066 (2009).
  2. Hsu, C. L., et al. vertically Al-doped ZnO nanowires synthesized on ZnO:Ga/glass templates. Journal of The Electrochemical Society. 152, (2005).
  3. Maas, M. G., Rodijk, E. J. B., Maijenburg, W., ten Elshof, J. E., Blank, D. H. A. Photocatalytic segmented nanowires and single-step iron oxide nanotube synthesis: Templated electrodeposition as all-round tool. MRS Proceedings. , 1-6 (2010).
  4. Mallouk, T. E., Sen, A. Powering nanorobots: Catalytic engines enable tiny swimmers to harness fuel from their environment and overcome the weird physics of the microscopic world. Scientific American. 300, 72-77 (2009).
  5. Matei, E., Ion, L., Antohe, S., Neumann, R., Enculescu, I. Multisegment CdTe nanowire homojunction photodiode. Nanotechnology. 21, (2010).
  6. Matei, E., et al. Sequential Deposition Of Multisegment Nanowires. Digest Journal of Nanomaterials and Biostructures. 5, 1067-1076 (2010).
  7. Maas, M. G., Rodijk, E. J. B., Maijenburg, A. W., Blank, D. H. A., ten Elshof, J. E. Microstructure development in zinc oxide nanowires and iron oxohydroxide nanotubes by cathodic electrodeposition in nanopores. Journal of Materials Research. 26, 2261-2267 (2011).
  8. Jiang, H. L., Singh, S. K., Yan, J. M., Zhang, X. B., Xu, Q. Liquid-Phase chemical hydrogen storage: Catalytic hydrogen generation under ambient conditions. ChemSusChem. 3, 541-549 (2010).
  9. Kubas, G. J. Hydrogen activation on organometallic complexes and H2 production, utilization, and storage for future energy. Journal of Organometallic Chemistry. 694, 2648-2653 (2009).
  10. Penner, R. M., Martin, C. R. Preparation and electrochemical characterization of ultramicroelectrode ensembles. Analytical. 59, 2625-2630 (1987).
  11. Hurst, S. J., Payne, E. K., Qin, L., Mirkin, C. A. Multisegmented one-dimensional nanorods prepared by hard-template synthetic methods. Angewandte Chemie – International Edition. 45, 2672-2692 (2006).
  12. Cui, J. B., Gibson, U. J. Electrodeposition and room temperature ferromagnetic anisotropy of Co and Ni-doped ZnO nanowire arrays. Applied Physics Letters. 87, 1-3 (2005).
  13. Lai, M., Riley, D. J. Templated electrosynthesis of zinc oxide nanorods. Chemistry of Materials. 18, 2233-2237 (2006).
  14. Zheng, M. J., Zhang, L. D., Li, G. H., Shen, W. Z. Fabrication and optical properties of large-scale uniform zinc oxide nanowire arrays by one-step electrochemical deposition technique. Chemical Physics Letters. 363, 123-128 (2002).
  15. Sima, M., Enculescu, L., Enache, M., Vasile, E., Ansermet, J. P. ZnO:Mn:Cu nanowires prepared by template method. Physica Status Solidi (B) Basic Research. 244, 1522-1527 (2007).
  16. Leprince-Wang, Y., Wang, G. Y., Zhang, X. Z., Yu, D. P. Study on the microstructure and growth mechanism of electrochemical deposited ZnO nanowires. Journal of Crystal Growth. 287, 89-93 (2006).
  17. Leprince-Wang, Y., Yacoubi-Ouslim, A., Wang, G. Y. Structure study of electrodeposited ZnO nanowires. Microelectronics Journal. 36, 625-628 (2005).
  18. Ramirez, D., Pauporte, T., Gomez, H., Lincot, D. Electrochemical growth of ZnO nanowires inside nanoporous alumina templates. A comparison with metallic Zn nanowires growth. Physica Status Solidi (A) Applications and Materials Science. 205, 2371-2375 (2008).
  19. Karuppuchamy, S., Nonomura, K., Yoshida, T., Sugiura, T., Minoura, H. Cathodic electrodeposition of oxide semiconductor thin films and their application to dye-sensitized solar cells. Solid State Ionics. 151, 19-27 (2002).
  20. Miao, Z., et al. Electrochemically Induced Sol-Gel Preparation of Single-Crystalline TiO2 Nanowires. Nano Letters. 2, 717-720 (2002).
  21. Otani, S., Katayama, J., Umemoto, H., Matsuoka, M. Effect of bath temperature on the electrodeposition mechanism of zinc oxide film from zinc nitrate solution. Journal of the Electrochemical Society. 153, (2006).
  22. Yoshida, T., Komatsu, D., Shimokawa, N., Minoura, H. Mechanism of cathodic electrodeposition of zinc oxide thin films from aqueous zinc nitrate baths. Thin Solid Films. , (2004).
  23. Natarajan, C., Nogami, G. Cathodic electrodeposition of nanocrystalline titanium dioxide thin films. Journal of the Electrochemical Society. 143, 1547-1550 (1996).
  24. Karuppuchamy, S., et al. Cathodic electrodeposition of TiO2 thin films for dye-sensitized photoelectrochemical applications. Chemistry Letters. , 78-79 (2001).
  25. Maijenburg, A. W., et al. Electrochemical synthesis of coaxial TiO2-Ag nanowires and their application for photocatalytic water splitting. Journal of Materials Chemistry A. 2, 2648-2656 (2014).
  26. Wu, X. J., et al. Electrochemical synthesis and applications of oriented and hierarchically quasi-1D semiconducting nanostructures. Coordination Chemistry Reviews. 254, 1135-1150 (2010).
  27. Fujishima, A., Honda, K. Electrochemical photolysis of water at a semiconductor electrode. Nature. 238, 37-38 (1972).
  28. Fujishima, A., Kohayakawa, K., Honda, K. Hydrogen Production under Sunlight with an Electrochemical Photocell. Journal of The Electrochemical Society. 122, 1487-1489 (1975).
  29. Kudo, A., Miseki, Y. Heterogeneous photocatalyst materials for water splitting. Chemical Society Reviews. 38, 253-278 (2009).
  30. Navarro Yerga, R. M., Consuelo Álvarez Galván, M., del Valle, F., Villoria de la Mano, J. A., Fierro, J. L. Water splitting on semiconductor catalysts under visiblelight irradiation. ChemSusChem. 2, 471-485 (2009).
  31. Osterloh, F. E. Inorganic materials as catalysts for photochemical splitting of water. Chemistry of Materials. 20, 35-54 (2008).
  32. Khan, S. U. M., Al-Shahry, M., Ingler Jr, W. B. Efficient photochemical water splitting by a chemically modified n-TiO2. Science. 297, 2243-2245 (2002).
  33. Lin, W. C., Yang, W. D., Huang, I. L., Wu, T. S., Chung, Z. J. Hydrogen production from methanol/water photocatalytic decomposition using Pt/TiO2-xnx catalyst. Energy and Fuels. 23, 2192-2196 (2009).
  34. Ni, M., Leung, M. K. H., Leung, D. Y. C., Sumathy, K. A review and recent developments in photocatalytic water-splitting using TiO2 for hydrogen production. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 11, 401-425 (2007).
  35. Rajeshwar, K. Hydrogen generation at irradiated oxide semiconductor-solution interfaces. Journal of Applied Electrochemistry. 37, 765-787 (2007).
  36. Service, R. F. Chemistry: Catalyst boosts hopes for hydrogen bonanza. Science. 297, 2189-2190 (2002).
  37. Gupta, M., et al. Preparation and characterization of nanostructured ZnO thin films for photoelectrochemical splitting of water. Bulletin of Materials Science. 32, 23-30 (2009).
  38. He, J. H., et al. Electrical and photoelectrical performances of nano-photodiode based on ZnO nanowires. Chemical Physics Letters. 435, 119-122 (2007).
  39. Maeda, K., Domen, K. Solid solution of GaN and ZnO as a stable photocatalyst for overall water splitting under visible light. Chemistry of Materials. 22, 612-623 (2010).
  40. Yang, X., et al. Nitrogen-doped ZnO nanowire arrays for photoelectrochemical water splitting. Nano Letters. 9, 2331-2336 (2009).
  41. Ekambaram, S. Photoproduction of clean H2 or O2 from water using oxide semiconductors in presence of sacrificial reagent. Journal of Alloys and Compounds. 448, 238-245 (2008).
  42. Mohapatra, S. K., John, S. E., Banerjee, S., Misra, M. Water photooxidation by smooth and ultrathin R-Fe2O3 nanotube arrays. Chemistry of Materials. 21, 3048-3055 (2009).
  43. Best, J. P., Dunstan, D. E. Nanotechnology for photolytic hydrogen production: Colloidal anodic oxidation. International Journal of Hydrogen Energy. 34, 7562-7578 (2009).
  44. Hochbaum, A. I., Yang, P. Semiconductor nanowires for energy conversion. Chemical Reviews. 110, 527-546 (2010).
  45. Kudo, A. Recent progress in the development of visible light-driven powdered photocatalysts for water splitting. International Journal of Hydrogen Energy. 32, 2673-2678 (2007).
  46. Li, J., Zhang, J. Z. Optical properties and applications of hybrid semiconductor nanomaterials. Coordination Chemistry Reviews. 253, 3015-3041 (2009).
  47. Yi, H., Peng, T., Ke, D., Zan, L., Yan, C. Photocatalytic H2 production from methanol aqueous solution over titania nanoparticles with mesostructures. International Journal of Hydrogen Energy. 33, 672-678 (2008).
  48. Zäch, M., Hägglund, C., Chakarov, D., Kasemo, B. Nanoscience and nanotechnology for advanced energy systems. Current Opinion in Solid State and Materials Science. 10, 132-143 (2006).
  49. Zhu, J., Zäch, M. Nanostructured materials for photocatalytic hydrogen production. Current Opinion in Colloid and Interface Science. 14, 260-269 (2009).
  50. Martin, C. R. Nanomaterials: A membrane-based synthetic approach. Science. 266, 1961-1966 (1994).
  51. Nozik, A. J. Photochemical diodes. Applied Physics Letters. 30, 567-569 (1977).
  52. Bahnemann, D. W., Kormann, C., Hoffmann, M. R. Preparation and characterization of quantum size zinc oxide: A detailed spectroscopic study. Journal of Physical Chemistry. 91, 3789-3798 (1987).
  53. Maijenburg, A. W., et al. Hydrogen generation from photocatalytic silver|zinc oxide nanowires: Towards multifunctional multisegmented nanowire devices. Small. 7, 2709-2713 (2011).
  54. Maijenburg, A. W., et al. Electrodeposition of micropatterned NiPt multilayers and segmented NiPtNi nanowires. Electrochimica Acta. 81, 123-128 (2012).
  55. Masuda, H., Yada, K., Osaka, A. Self-ordering of cell configuration of anodic porous alumina with large-size pores in phosphoric acid solution. Japanese Journal of Applied Physics, Part 2: Letters. , (1998).
  56. Nielsch, K., Müller, F., Li, A. P., Gösele, U. Uniform nickel deposition into ordered alumina pores by pulsed electrodeposition. Advanced Materials. 12, 582-586 (2000).
  57. Chen, X., et al. Fabrication of sandwich-structured ZnO/reduced graphite oxide composite and its photocatalytic properties. Journal of Materials Science. 45, 953-960 (2010).
  58. Doménech, J., Prieto, A. Stability of ZnO particles in aqueous suspensions under UV illumination. Journal of Physical Chemistry. 90, 1123-1126 (1986).
  59. Fu, H., Xu, T., Zhu, S., Zhu, Y. Photocorrosion inhibition and enhancement of photocatalytic activity for ZnO via hybridization with C60. Environmental Science and Technology. 42, 8064-8069 (2008).
  60. Kislov, N., et al. Photocatalytic degradation of methyl orange over single crystalline ZnO: Orientation dependence of photoactivity and photostability of ZnO. Langmuir. 25, 3310-3315 (2009).
  61. Lei, Y., et al. Fabrication, characterization, and photoelectrocatalytic application of ZnO nanorods grafted on vertically aligned TiO2 nanotubes. Journal of Physical Chemistry C. 113, 19067-19076 (2009).
  62. Zhang, H., Zong, R., Zhu, Y. Photocorrosion inhibition and photoactivity enhancement for zinc oxide via hybridization with monolayer polyaniline. Journal of Physical Chemistry C. 113, 4605-4611 (2009).

Tags

PhotocatalysisNanowiresSegmented Ag|ZnOCoaxial TiO2-AgTemplated ElectrodepositionSchottky BarrierHydrogen Generation

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Maijenburg, A. W., Rodijk, E. J., Maas, M. G., ten Elshof, J. E. Preparation and Use of Photocatalytically Active Segmented Ag|ZnO and Coaxial TiO2-Ag Nanowires Made by Templated Electrodeposition. J. Vis. Exp. (87), e51547, doi:10.3791/51547 (2014).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image