Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Wpływ temperatury karbonizacji na adsorpcyjne i strukturalne właściwości mezoporowatych węgli otrzymanych metodą miękkiego odwzorowania

Choma J., Jedynak K., Jamioła D., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2012

|

Vol. 34, nr 2

3-8

PL

Przedstawiono sposób syntezy porowatych węgli o jednorodnych mezoporach metodą miękkiego odwzorowania z wykorzystaniem kopolimeru trójblokowego (Lutrol F127) oraz prekursorów węglowych - rezorcynolu i formaldehydu. Synteza przebiegała w środowisku kwasowym. Zbadano wpływ temperaturowej karbonizacji (w przedziale temperatur od 400 °C do 850 °C) na adsorpcyjne i strukturalne właściwości otrzymanych węgli. Stwierdzono, że wraz ze wzrostem temperatury karbonizacji zmniejszały się wartości takich parametrów struktury porowatej węgla, jak całkowita objętość porów, objętość mezoporów, a także średni wymiar porów odpowiadający maksimum funkcji rozkładu. Jedynie powierzchnia właściwa węgla zwiększała się sukcesywnie wraz ze wzrostem temperatury karbonizacji, a w temperaturze 850 °C osiągnęła maksymalną wartość równą 746 m2/g w wyniku wzrostu objętości mikroporów. Wyniki porównano z rezultatami osiągniętymi we wcześniejszej pracy, wykazując podobną tendencję w zachowaniu się parametrów adsorpcyjnych. Otrzymane w różnych warunkach temperaturowych mezoporowate węgle miały bardzo dobre właściwości adsorpcyjne i mogą być z powodzeniem stosowane w różnych procesach w inżynierii środowiska.

EN

Carbons with uniform mesopores were synthesized by soft templating using a triblock copolymer (Lutrol F127) and two carbon precursors - resorcinol and formaldehyde. Synthesis was carried out under acidic conditions. The main focus of the study was the effect of carbonization temperature (from 400 °C to 850 °C) on the adsorption and structural properties of the carbons obtained. The study has produced the following findings: the rise in carbonization temperature was concomitant with the decline in such porous structure parameters as total pore volume, mesopore volume, pore width and average pore size corresponding with the maximum of the distribution function. Only the specific surface area of the carbons increased with increasing carbonization temperature, to reach a maximal value, 746 m2/g, at 850 °C, owing to the increase in the micropore volume. Comparison of the results of this study with previous data has revealed a similar trend in the behavior of the adsorption parameters. Obtained at different carbonization temperatures, the mesoporous carbons show very good adsorption properties and high potential for successful use in environmental engineering.

2

Synteza i właściwości fizykochemiczne kulistych struktur węglowo-srebrowych

Choma J., Jamioła D., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2012

|

Vol. 34, nr 4

3-8

PL

Kuliste cząstki węglowe wykorzystywano jako rdzenie w procesie osadzania nanocząstek srebra prowadzącym do otrzymywania struktur węglowo-srebrowych typu core-shell. Kule węglowe o średnicy ok. 450÷550 nm otrzymano zmodyfikowaną metodą Stöbera z wykorzystaniem żywicy fenolowej, którą w końcowym etapie syntezy poddano procesowi karbonizacji w temperaturze 600°C w ciągu 4 h w obojętnej atmosferze. Aby umożliwić zajście procesu osadzania srebra powierzchnie kul węglowych poddano najpierw utlenianiu za pomocą kwasu azotowego, a następnie przyłączaniu grup aminopropylowych z zastosowaniem 3-aminopropylotrimetoksysilanu. Proces osadzania srebra na modyfikowanych kulach węglowych prowadzono dwuetapowo - w pierwszym etapie kationy srebra redukowano w obecności wody amoniakalnej za pomocą kationów Sn2+ zaadsorbowanych na powierzchni kul węglowych, natomiast w drugim srebro osadzano w wyniku redukcji kationów srebra za pomocą formaldehydu. Proces ten doprowadził do gęstego pokrycia powierzchni kul węglowych nanocząstkami srebra o niezbyt regularnych wymiarach (od ok. 50 nm do ok. 100 nm). Na podstawie zdjęć skaningowej mikroskopii elektronowej wykazano, że stopień pokrycia powierzchni kul węglowych srebrem zależał od stosunku masy użytego węgla do masy azotanu srebra. Wykazano, że struktury węglowo-srebrowe charakteryzowały się znaczną absorpcją promieniowania UV-Vis (320÷800 nm).

EN

Carbon spheres were used as cores for the deposition of silver nanoparticles leading to the formation of carbon-silver core-shell structures. These spheres, with diameters ranging from 450 to 550 nm, were prepared by the modified Stöber method from phenolic resins, which at the final stage of the process were carbonized at 600 °C in an inert atmosphere for 4 hours. In order to facilitate the deposition of silver nanoparticles, the carbon spheres were made subject to oxidation with nitric acid, followed by modification with 3-aminopropyltrimethoxysilane, to attach aminopropyl groups. The deposition of silver nanoparticles onto the modified carbon spheres was a two-stage process. At the first stage silver cations were reduced by Sn2+ cations adsorbed on the modified carbon spheres, in the presence of ammonia water. At the second stage silver nanoparticles were deposited by reducing silver cations with formaldehyde. This deposition led to full coverage of the carbon spheres by non-uniform silver nanoparticles (50-100 nm). Scanning electron microscopy has revealed that the extent of coverage depends on the ratio of the mass of silver nitrate to the mass of carbon used. The resulting carbon-silver core-shell structures show a significant absorption of UV-Vis radiation (320 to 80 nm).

3

Otrzymywanie mezoporowatych węgli o dużej powierzchni właściwej i dużej objętości porów

Choma J., Dziura A., Jamioła D., Marszewski M., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2012

|

Vol. 34, nr 1

3-7

PL

Omówiono właściwości mezoporowatych węgli otrzymanych metodą twardego odwzorowania. Jako prekursory węglowe zastosowano rezorcynol i aldehyd krotonowy oraz fenol i paraformaldehyd, natomiast jako twardą matrycę wykorzystano krzemionkę koloidalną. Wykazano, że otrzymane w ten sposób mezoporowate węgle charakteryzowały się dużą powierzchnią właściwą - ponad 1500 m2/g (w przypadku rezorcynolu i aldehydu krotonowego) i ok. 1800 m2/g (w przypadku fenolu i paraformaldehydu), a także dużą całkowitą objętością porów ok. 5 cm3/g oraz ok. 95% udziałem mezoporów. Funkcje rozkładu objętości porów wskazywały na mały udział mikroporów o wymiarach ok. 1,5 nm oraz duży udział mezoporów o wymiarach ok. 30 nm. Zdjęcia mikroskopowe (SEM) potwierdziły jednorodność wymiarów sferycznych mezoporów oraz heterogeniczność ich rozmieszczenia w matrycy węglowej. Badania wykazały, że bardzo dobrze rozwinięta struktura porowata tych węgli stwarza realną możliwość ich wykorzystania w procesach adsorpcyjnych i katalitycznych, a w szczególności do adsorpcji dużych cząsteczek organicznych.

EN

Mesoporous carbons were prepared using the hard templating method. Resorcinol with crotonaldehyde and phenol with paraformaldehyde were used as carbon precursors along with colloidal silica as a hard template. The resultant carbons possessed high surface areas exceeding 1500 m2/g for the samples prepared from resorcinol with croton-aldehyde, and approaching 1800 m2/g for those obtained from phenol with paraformaldehyde. All samples exhibited large total pore volumes of about 5 cm3/g and high mesoporosity of about 95%. Pore size distribution functions indicated small amounts of micropores (~1.5 nm) and predominant amounts of mesopores (~30 nm). Scanning electron micrographs proved uniformity of spherical mesopores and their random distribution in the carbon matrix. The well developed porous structure of the mesoporous carbons studied makes them feasible for adsorption and catalytic processes, especially for adsorption of large organic molecules.

4

Otrzymywanie nanostruktur krzemionkowo-złotych metodą redukcji kwasu tetrachlorozłotowego na modyfikowanych cząstkach krzemionkowych

Choma J., Jaroniec M., Dziura A., Nyga P., Jamioła D.

Biuletyn Wojskowej Akademii Technicznej

|

2012

|

Vol. 61, nr 1

183-198

PL

Nanostruktury typu "core-sell", w szczególności nanostruktury krzemionkowo-złote, składające się z krzemionkowego rdzenia pokrytego nanocząstkami złota cieszą się w ostatnich latach dużym zainteresowaniem z uwagi na ich wyjątkowe właściwości oraz potencjalne zastosowania w adsorpcji, katalizie, spektroskopii, ochronie środowiska, biotechnologii, nanotechnologii i innych dziedzinach. W tej pracy przedstawiono powtarzalność syntezy nanostruktur krzemionkowo-złotych. Wspomniane nanostruktury otrzymano poprzez depozycję nanocząstek złota powstałych w wyniku redukcji kwasu tetrachlorozłotowego za pomocą formaldehydu na modyfikowanych cząstkach krzemionki (600 nm) grupami aminopropylowymi. Tak otrzymane cząstki złota miały wymiary ok. 50 nm. Syntezę nanostruktur krzemionkowo-złotych powtarzano czterokrotnie w ciągu dłuższego czasu, aby sprawdzić powtarzalność tej procedury. Morfologię tak otrzymanych nanostruktur charakteryzowano za pomocą skaningowej elektronowej mikroskopii (SEM). Analiza SEM wykazała, że prawie całkowita powierzchnia modyfikowanych cząstek krzemionki została pokryta jednorodnie nanocząstkami złota i że powtarzalność tego procesu jest zadowalająca.

EN

Core-shell nanostructures, including silica-gold core-shell particles, attracted a lot of attention due to their unique properties and potential applications in adsorption, catalysis, spectroscopy, environmental protection, biotechnology, nanotechnology and other areas. In this work, the reproducibility of the synthesis of core-shell silica-gold nanostructures is presented. These nanostructures were prepared by depositing gold nanoparticles via reduction of tetrachloroauric acid with formaldehyde on 600 nm silica particles modified with aminopropyl groups. The resulting gold particles have diameters of about 50 nm. Four preparations of silica-gold core-shell particles were performed at different times to check the reproducibility of this synthesis route. The morphology of the resulting nanostructures has been studied by scanning electron microscopy (SEM). The SEM analysis showed that the almost entire surface of modified silica particles have been covered uniformly with gold nanoparticles and the reproducibility of this process is satisfactory.

5

Nanostruktury krzemionkowo-metaliczne. II. Otrzymywanie, właściwości i zastosowanie

Jankiewicz B.J., Choma J., Jamioła D., Jaroniec M.

Wiadomości Chemiczne

|

2010

|

[Z] 64, 11-12

943-981

EN

In the past decade the silica-metal nanostructures consisting of siliceous cores and metallic nanoshells have been intensively studied. The second part of this review article presents recent advances in the synthesis, characterization and application of silica-gold core-shell nanostructures. A special emphasis is given to the nanostructures composed of the silica core and gold or silver nanoshell. Nowadays gold is often used metal for the formation of nanoshells. The reason for this interest is a great application potential of SiO2-Au nanostructures in catalysis, chemical and biological detection of various substances, optoelectronics, photonic crystals, plasmonics, and in analytical techniques utilizing surface enhanced Raman spectroscopy. Silver nanoshells formed on siliceous cores show similar properties as those of gold nanoshells. Silica-gold nanostructures can be prepared using various methods, for instance, by growing up gold nanoshells on the siliceous cores with deposited gold nanoparticles, by precipitating gold nanoparticles with their simultaneous deposition on modified silica cores, by reducing gold ions on Sn-modified silica particles, or by forming gold nanoshells under ultrasonic conditions. This article presents several methods for the formation of silica-metal nanostructures. A special emphasis is given to the method of growing up gold nanoshell on the modified silica core with deposited gold nanoparticles. This method assures a good control of the nanoshell thickness as well as its surface properties. In this method the organically modified silica particles are initially covered with gold nanoparticles, which facilitate a further growth of gold nanoshell by reduction of tetrachloroauric acid with agents such as formaldehyde. In the case of aminopropyl-modified silica particles, about 25–30% coverage of the silica surface with gold nanoparticles can be achieved. The effect of other than aminopropyl organic groups on the coverage of the silica surface with gold nanoparticles was studied showing that amino and mercaptopropyl groups assure about 30% surface coverage with gold, while this coverage is very small when methyl and diphenylphospine groups are on the silica surface. The aforementioned reduction of gold ions and growth of gold nanoparticles depend on the uniformity of the initial coverage of the silica surface with gold nanoparticles, the concentration of reduced gold ions as well as the nature and the concentration of reducing agent. The most often used reducing agents are formaldehyde and sodium borohydride, although hydroxylamine hydrochloride, carbon monoxide, hydrogen peroxide and trisodium citrate are also used. Silver is the next popular metal after gold used for the formation of nanoshells. The other metal used are platinum, palladium, nickel and copper. The final sections of this review are devoted to a brief presentation of various techniques used for characterization of core-shell nanostructures as well as to their applications. The most often used methods include scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopy, wavelength (WDS) and energy (EDS, EDX) dispersion spectroscopy, photoacoustic spectoscopy (PAS), dynamic light scattering (DLS), surface plasmon resonance (SPR), powder X-ray diffraction (XRD), IR and UV-Vis spectroscopy, Raman spectroscopy, differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimery (TG) and adsorption (ADS). As regards applications of silica-metal core-shell nanostructures, the prospects are enormous ranging from catalysis, optoelectronics, to drug delivery, and other medical applications.

6

Nanostruktury krzemionkowo-metaliczne. I. Otrzymywanie i modyfikacja nanocząstek krzemionkowych

Jankiewicz B.J., Choma J., Jamioła D., Jaroniec M.

Wiadomości Chemiczne

|

2010

|

[Z] 64, 11-12

913-942

EN

Silica-metal nanostructures consisting of siliceous cores and metal nanoshells attract recently a lot of attention because of their unique properties, mainly catalytic and spectroscopic. The core of these nanostructures is coated with a thin layer (nanoshell) of another material, often being a noble metal, of a thickness between 1 and 20 nm. The silica-metal nanostructures are highly functional materials of properties different from those of the siliceous core and the metal nanoshell. Already nowadays these nanostructures have found various applications such as for an exaltation of chemical stability of colloids, for an enhancement of luminescence properties of materials, for biosensing, drug delivery and other medical applications. The main goal of this two-part review is the presentation of various methods for the preparation of silica-metal nanostructures, description of the most important physicochemical properties of these materials, and presentation of their potential applications. The first part is focused on the main preparation methods of silica particles being used as cores for the aforementioned core-shell nanostructures and methods for their surface modification. A special emphasis is given on the Stöber method, which is relatively simple, effective and well verified for the synthesis of large silica particles (with diameters from 100 nm to several microns). A typical preparation of silica particles is based on mixing ethanol, ammonia (as a catalyst), and often small amount of water, followed by rapid or gradual addition of tetraethyl orthosilicate (TEOS) under vigorous stirring. This article reviews numerous studies reporting the effects of various factors on the structural properties of silica particles, especially the steps required for controlling their size, assuring narrow particle size distribution and high uniformity of the resulting particles. The surface chemistry of siliceous cores is essential in the process of metal nanoshells formation. Therefore, in this work the main methods for modification of the silica surface are presented in details in order to prepare this surface for the formation of metal nanoshells. This modification is often based on the replacement of silanols with specific organic groups (often aminopropyl and mercaptopropyl groups), which interact strongly with metal nanoparticles. In 1998 Halas and co-workers elaborated a simple method for the preparation of core-shell nanostructures involving attachment of specific organic groups to the silica surface followed by deposition of gold nanoparticles and subsequent reduction of tetrachloroauric acid in order to obtain continuous gold nanoshells. The first modifier of the silica surface was 3-aminopropyltriethoxysilane. Later, several other modifiers have been tested. The aforementioned modification of the silica surface can be singleor two-step process. The single-step process involves hydrolysis and condensation of TEOS in the presence of functional organosilane, which results in silica particles with desired organic groups attached. The two-step process involves the synthesis of silica particles in the first step and their surface modification with organosilanes in the second step. The presented literature survey shows that the proper modification of the surface of silica particles is a necessary condition for the formation of uniform metal nanoshells.

7

Synteza nanocząstek złota na powierzchni koloidów krzemionkowych

Choma J., Dziura A., Jamioła D., Nyga P., Jaroniec M.

Ochrona Środowiska

|

2010

|

Vol. 32, nr 3

3-6

PL

Nanomateriały, w tym nanostruktury krzemionkowo-złote, składające się z krzemionkowego rdzenia pokrytego nanocząstkami złota cieszą się w ostatnich latach dużym zainteresowaniem, z uwagi na ich wyjątkowe właściwości, które można wykorzystać w spektroskopii, katalizie, adsorpcji, analityce i inżynierii środowiska. W pracy omówiono najnowsze doniesienia związane z wykorzystaniem tych nanomateriałów w inżynierii środowiska, głównie w procesach oczyszczania wody. Przedstawiono wyniki syntezy nanostruktur krzemionkowo-złotych, która polegała na powierzchniowej modyfikacji koloidalnych cząstek krzemionki (600 nm) grupami aminopropylowymi, na których osadza się metaliczne złoto w wyniku reakcji redukcji kwasu tetrachlorozłotowego formaldehydem. Różnicując ilość zredukowanego kwasu tetrachlorozłotowego, uzyskano różne pokrycie cząstek krzemionki złotem, od małych ilości aż do kompletnego pokrycia powierzchni krzemionki. Zasadniczą techniką badawczą, którą posłużono się do wizualizacji stopnia pokrycia cząstek krzemionki złotem była skaningowa mikroskopia elektronowa (SEM). Stwierdzono, że otrzymane przy jej pomocy zdjęcia dobrze ilustrują właściwości i morfologię otrzymanych nanostruktur krzemionkowo-złotych.

EN

The past few years have witnessed a growing interest in nanomaterials, and these include silica-gold nanostructures, consisting of siliceous cores covered with gold nanoparticles. Such interest is attributable to the unique properties of these nanostructures when used in spectroscopy, catalysis, adsorption, analysis and environmental pollution control. This work gives an account of recent reports on the application of the nanostructures in environment engineering, especially in water treatment. The main objective was to present an effective strategy for the synthesis of silica-gold nanostructures. The synthesis involves the surface modification of colloidal silica (600 nm) with aminopropyl groups, where deposition occurs of the gold being formed during the reduction of tetrachloroauric acid with formaldehyde. The degree of coverage of the colloidal silica surface with gold (which ranged from small-sized to complete) depended on the quantity of the tetrachloroauric acid used. The morphology of silica particles and the degree of surface coverage with gold nanoparticles were vizualized by scanning electron microscopy.