Получение платиновых нанопроводов в полимерной матрице
Оборудование:потенциостат с компьютерным управлением, трехэлектродная электрохимическая ячейка (рабочий электрод – стеклографит 0.07 см2, вспомогательный электрод – стеклографит 3 см2, электрод сравнения – AgCl/Ag, заполненный насыщенным раствором KCl). Реактивы: раствор комплекса 2,3-диметил-N,N'-бутилен-2,3-диил-бис(салицилидениминато)никеля (II) (1 ммоль/л) и тетрафторбората тетраэтиламмония (0.1 моль/л) в пропиленкарбонате (20 мл), водный раствор гексахлороплатината (IV) натрия (1 ммоль/л, 20 мл), водный раствор 0.1 моль/л HClO4 (20 мл), дистиллированная вода.
Ход работы:
1. Заполните электрохимическую ячейку раствором комплекса никеля в пропиленкарбонате и присоедините электроды ячейки к соответствующим клеммам потенциостата. Инструкция по работе с потенциостатом находится на рабочем месте.
2. Для формирования на поверхности электрода полимерной матрицы задайте на компьютере, управляющем потенциостатом, программу динамического изменения потенциала электрода в диапазоне от 0 до 1.3 В со скоростью сканирования 50 мВ/c (5 циклов) и запустите программу. По окончании сканирования потенциала обратите внимание на образование на поверхности электрода полимерной пленки.
3. Слейте раствор из ячейки в колбу, промойте ячейку дистиллированной водой и заполните водным раствором комплекса платины. Для формирования в порах полимерной матрицы платиновых нанопроводов задайте на компьютере, управляющем потенциостатом, программу поддержания постоянного потенциала электрода –0.45 В в течение 300 с и запустите программу.
4. По окончании работы программы слейте раствор из ячейки в колбу, промойте ячейку дистиллированной водой и заполните водным раствором 0.1 моль/л HClO4.
5. Для исследования каталитического эффекта нанопроводов платины в реакции восстановления воды зарегистрируйте вольтамперограммы катодного выделения водорода последовательно на стеклографитовом, платиновом электродах и стеклографитовом электроде, модифицированном платиновыми нанопроводами. Для этого запустите на потенциостате программу динамического изменения потенциала электрода в диапазоне от 0 до -1.0 В со скоростью сканирования 50 мВ/c.
6. По данным вольтамперограмм восстановления воды в приведенной ниже таблице зафиксируйте потенциалы резкого увеличения тока выделения водорода на электродах различного типа:
| Природа электрода | Потенциал резкого увеличения катодного тока, В |
| Стеклографитовый электрод | |
| Массивный платиновый электрод | |
| Стеклографитовый электрод, модифицированном платиновыми нанопроводами |
7. Почему наибольший каталитический эффект проявляется в случае наноструктурированного платинового катализатора? Почему модифицированный электрод, содержащий лишь 5 мкг платины, является более активным, чем массивный платиновый электрод?
8. В отчете о лабораторной работе кроме таблицы (п. 6) приведите вольтамперограммы формирования полимерной матрицы (п. 2) и вольтамперограммы катодного выделения водорода на электродах различного типа (п. 5).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ,
Необходимой для выполнения лабораторных работ
(получить у преподавателя)
[1] Turkevich J., Stevenson P.L., Hillier J. A study of the nucleation and growth processes in the synthesis of colloidal gold // J. Discuss. Faraday Soc. 1951, 11, 55.
[2] Kamat P.V., Flumiani M., Hartland G.V. Picosecond dynamics of silver nanoclusters. Photoejection of electrons and fragmentation. // J. Phys. Chem. B, 1998, 102, 3123.
[3] Korgel B.A., Fullam S., Connolly S., Fitzmaurice D. Assembly and self-organization of silver nanocrystal superlattices: ordered “soft spheres”. // J. Phys. Chem. B 1998, 102, 8379.
[4] Бойцова Т.Б., Логинов А.В., Горбунова В.В. Фотохимическое получение пленок коллоидной меди. // Журнал прикладной химии. 1997, 70, 1585.
[5] Brust M., Walker M., Bethell D., Schffrin D.J., Whyman R. Synthesis of thiol-derivatized gold nanoparticles in a two-phase liquid-liquid system. // J. Chem. Soc., Chem. Commun., 1994, 801.
[6] Thomas, K.G. Kamat, P.V. Making Gold Nanoparticles Glow: Enhanced Emission from a Surface-Bound Fluoroprobe. // J. Am. Chem. Soc. 2000, 122, 2655.
[7] Jana N.R., Gearheart L., Murphy C.J. Wet chemical synthesis of silver nanorods and nanowires of controllable aspect ratio. // Chem. Commun. 2001, 7, 617.
ИНДИВИДУАЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
Для самостоятельной работы
Вариант 1
1. Методы получения структурированных наноматериалов.
2. Вычислите число атомов в сферической наночастице меди диаметром 3 нм. Радиус атома меди составляет 0,128 нм.
3. Дайте определение поверхностного плазмонного резонанса. Объясните различие в поверхностных плазмонных резонансах меди, серебра и золота.
Вариант 2
1. Электронная микроскопия как метод исследования наноматериалов. Возможности и ограничения метода.
2. Используя данные о диаметре частиц серебра, установленном с помощью программы MiePlot, (Лаб. Раб. № 4), определите число атомов в одной частице. Радиус атома серебра составляет 0,144 нм.
3. Три дисперсии золота имеют разную окраску: красную, синюю, фиолетовую. Какой раствор содержит наночастицы большего размера? Ответ обоснуйте.
Вариант 3
1. Темплатный синтез наноматериалов.
2. Вычислите долю (в %) атомов поверхностного слоя в наночастице золота диаметром 3 нм. Радиус атома золота составляет 0,144 нм.
3. Объясните, как изменится положение и интенсивность плазмонной полосы золотой частицы при осаждении на ее поверхность слоя серебра.
Вариант 4
1. Сканирующая зондовая микроскопия как метод исследования наноматериалов.
2. Определите концентрацию частиц (в моль/л) в серебряном коллоиде, если размер одной частицы составляет 5 нм, а радиус атома серебра – 0,144 нм.
3. Предложите способ очистки препарата серебряных наностержней (Лаб. раб. № 7) от частиц другой формы.
Вариант 5
1. Диспергационные методы получения наноматериалов.
2. Вычислите массу серебра в 10 мл коллоида полученного в Лаб.раб. № 4.
3. Предложите лабораторный способ получения золотых наностержней с помощью пористого темплата, например, пористой мембраны из Al2O3.
Вариант 6.
1. Конденсационные методы получения наноматериалов.
2. Имеются два коллоида золота, состоящие из частиц сферической формы. В первом средний диаметр частиц составляет 10 нм, во втором – 50 нм. Какой из двух материалов имеет большую удельную поверхность и во сколько раз?
3. Предложите лабораторный способ получения полых наночастиц золота (серебра).