Combinatorial synthesis of oxide powders

II. EXPERIMENTAL

A. Sample Preparation

Precursor solutions of the metal nitrates were pre-

pared using copper nitrate [Cu(NO

3

)

2

⭈ 3H

2

O (Johnson

Matthey, Ward Hill, MA)] and cerium nitrate

[Ce(NO

3

)

3

⭈ 6H

2

O (Johnson Matthey)] in dilutions of

0.3 mol/l. Similarly, for the second system, lanthanum

nitrate [La(NO

3

)

3

⭈ 6H

2

O (Johnson Matthey)], stron-

tium nitrate, [Sr(NO

3

)

2

(Aldrich Chemical Company,

Milwaukee, WI)], and cobalt nitrate [Co(NO

3

)

3

⭈ 6H

2

O

(Johnson Matthey)] were dissolved in solution to 0.3 M.

The high solubility of these nitrates allowed the solutions

to be made at room temperature with filtered and dis-

tilled water. The solutions of citric acid [C

6

H

8

O

7

⭈ 1H

2

O

(Fisher Scientific, Fairlawn, NJ)] and ethylene glycol

[C

2

H

4

(OH)

2

(Fisher Scientific)] were prepared in a simi-

lar manner to a dilution of 0.3 M. In addition, citric acid

monohydrate was added to a solution of ethylene glycol

in a molar ratio of 60:40. This ratio of citric acid to

ethylene glycol, as well as the ratio of metal to organic

material content, was determined by depositing solutions

with varying compositions into glass vials and observing

the drying and foaming behavior. Each component pow-

der was allowed to dissolve and mix thoroughly into

solution at room temperature. Before generating the

polymer resin samples, the nitrate solutions were ana-

lyzed using inductively coupled plasma optical emission

spectroscopy (Perkin Elmer Optima 3300 XL ICP-OES,

Wellesley, MA) to determine the exact molarities and

identify any impurities. The optimum ratio of citric acid

to ethylene glycol was determined using various ratios

with three Cu

1−x

Ce

x

O

3

compositions (x

⳱ 0.2, 0.5, 0.8).

The most favorable ratio of metal salts to organic mate-

rials was also determined for these three compositions.

Total solution volumes of 2 ml were deposited in 7.4-ml

glass vials to observe the drying and foaming character-

istics of these samples.

A BioDot XY3200 (Irvine, MA) dispenser was used to

generate the libraries of 15 systematically varied copper,

cerium, and organic precursor solutions in the wells of a

stainless steel sample holder. The wells, described in Sec.

III, have a volume of 330

␮l and were filled to 85% of

this volume with the total solution. The library was then

slowly heated to 105 °C and held there for 4.5 h to

remove all water from the system and begin the po-

lymerization process. The library was then heated slowly

(<1 °C /min) to 160 °C to prevent ignition of the dried

resins during the polymerization of the organic compo-

nents of these resins. Once the resins were completely

polymerized, the library was heated to 600 °C to com-

pletely decompose the remaining organic compounds, re-

move residual carbon, and completely form the mixed

oxides, Cu

1−x

Ce

x

O

3

. The La

1−x

Sr

x

CoO

3−

␦

system was

heated to 780 °C in the stainless steel wells to form the

perovskite-like structure while minimizing the oxide for-

mation on the stainless steel sample holder.