Palladium nanohissəciklərinin sonokimyəvi reduksiyası
Palladium (Pd) katalitik xassələri ilə yaxşı tanınır və materialların tədqiqində, elektronika istehsalında, tibbdə, hidrogenin təmizlənməsində və müxtəlif kimyəvi tətbiqlərdə də geniş istifadə olunur. Sonokimyəvi üsulla PVP/Pd nisbətini tənzimləyərək palladium hissəciklərinin ölçüsünə və morfologiyasına nəzarət etmək mümkündür. Bu, ultrasəs vasitəsilə ya çox xırda, monodispers nanohissəciklərin, ya da daha iri palladium aqreqatlarının sintezinə imkan verir və optimal katalitik effektivlik üçün hissəcik ölçülərinin uyğunlaşdırılmasını təmin edir.
Palladium nanohissəciklərinin ultrasəs vasitəsilə istehsalı
Palladium nanohissəciklərinin ultrasəs vasitəsilə reduksiyası akustik kavitasiyadan istifadə edərək məhlulda lokal yüksək enerjili şərait və reduksiyaedici radikallar yaratmaqla Pd(0) nanohissəciklərinin alınması üçün sürətli və reagentlərdən səmərəli istifadə edən bir üsul təqdim edir. Bu, palladium ionlarının ənənəvi yüksək temperaturlu emal olmadan reduksiyasına imkan verir.
Əsas üstünlüklərdən biri prosesə nəzarətdir: ultrasəslə işləmə müddəti və stabilizatorun konsentrasiyası, məsələn, PVP/Pd nisbəti, məhsulun təxminən 5 nm ölçülü, yaxşı dispersləşmiş, yumru nanohissəciklər, yoxsa təxminən 20 nm ölçülü daha iri aqreqatlar şəklində əmələ gəlməsinə təsir göstərə bilər. Bu, sənaye baxımından əhəmiyyətlidir, çünki palladiumun katalizdə effektivliyi hissəciklərin ölçüsündən, morfologiyasından, dispersliyindən və səth sahəsindən güclü şəkildə asılıdır. Palladium nanohissəcikləri heterogen katalizatorlar, elektrokatalizatorlar və funksional materiallar kimi geniş əhəmiyyət daşıdığından, ultrasəs reduksiyası nisbətən mülayim maye faza şəraitində incə dispersli Pd katalizatorlarının istehsalı üçün cəlbedici üsuldur. Bu üsul kimyəvi sintez, ekoloji kataliz, yanacaq elementi texnologiyaları və yüksək katalitik aktivliyin və nəcib metaldan səmərəli istifadənin iqtisadi baxımdan vacib olduğu digər proseslər üçün potensial üstünlüklər təqdim edir.
Nanohissəciklərin sənaye miqyasında emalı UIP2000hdT sonikatoru ilə
Nümunələrin hazırlanması proseduru
Nümunələr aşağıdakı kimi hazırlanmışdır:
Nümunələr üçün 30mL EG və 5·10-6mol PVP qarışıqları 15 min ərzində maqnit qarışdırma ilə hazırlanmışdır. Müxtəlif nümunələrə müxtəlif miqdarlarda, 1,5mL və 2mL Pd(NO₃)₂ məhlulu əlavə edilmişdir. Nümunə qarışıqları aşağıdakı nisbətlə hazırlanmışdır: 2·10-3mol Pd(NO₃)₂ (a) nümunəsində və 2,66·10-3mol Pd(NO₃)₂ (b) nümunəsində. Hər iki qarışıq zond tipli ultrasəs cihazından istifadə edilərək 20mL flakonda ultrasəslə işlənmişdir. Nümunələr 30, 60, 90, 120, 150 və 180 min ultrasəslə işləmə müddətlərindən sonra götürülmüşdür.
Təcrübə nəticələrinin təhlili göstərir ki:
- 1. Pd(II)-nin Pd(0)-a sonokimyəvi reduksiyası ultrasəslə işləmə müddətindən asılıdır.
- 2. Yüksək PVP/Pd(II) molyar nisbəti yumru formalı və orta diametri təxminən 5nm olan monodispers palladium hissəciklərinin əmələ gəlməsinə gətirib çıxarır.
- 3. Lakin aşağı PVP/Pd(II) molyar nisbəti ölçü paylanmasının mərkəzi 20nm olan geniş ölçü paylanmalı palladium nanohissəcikləri aqreqatlarının alınmasına gətirib çıxarır.
Palladium (II) ionlarının Pd(II) palladium atomlarına Pd(0) sonokimyəvi reduksiya yolunun aşağıdakı kimi olduğu fərz edilə bilər:
- (1) Suyun pirolizi: H₂O → •OH+•H
- (2) Radikalların əmələ gəlməsi: RH (Reduksiyaedici maddə) + •OH(•H) → •R + H₂O(H₂)
- (3) İonların reduksiyası: Pd(II) + reduksiyaedici radikallar (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
- (4) Hissəciklərin əmələ gəlməsi: nPd(0) → Pdn
Nəticə: PVP/Pd(II) nisbətindən asılı olaraq dispersləşmiş və ya aqreqatlaşmış Pdn alınmışdır.
Palladiumun sonokimyəvi reduksiyası: a nümunəsində (solda) yüksək miqdarda PVP, b nümunəsində (sağda) isə az miqdarda PVP vardır. UP100H ilə ultrasəslə işləmə müddəti: 180 min. a nümunəsində monodispers Pd nanohissəcikləri, b nümunəsində isə aqreqatlaşmış Pd nanohissəcikləri görünür.
Şəkillər və tədqiqat: ©Nemamcha və Rehspringer, 2008
Təhlil və nəticələr
Ultrabənövşəyi və görünən işıq diapazonlarında aparılan udulma təhlilləri palladium(II) ionlarının palladium(0) atomlarına sonokimyəvi reduksiyası ilə ultrasəs sahəsində qalma müddəti arasındakı əlaqəni təsdiqləyir. Palladium(II) ionlarının palladium(0) atomlarına reduksiyası irəliləyir və ultrasəslə işləmə müddəti artdıqca tam başa çata bilər. Transmissiya elektron mikroskopiyası (TEM) ilə əldə edilən mikroqrafiyalar göstərir ki:
- Yüksək miqdarda PVP əlavə edildikdə, palladium ionlarının sonokimyəvi reduksiyası sferik formalı və orta diametri təxminən 5nm olan monodispers palladium hissəciklərinin əmələ gəlməsinə gətirib çıxarır.
- Az miqdarda PVP istifadəsi palladium nanohissəcikləri aqreqatlarının alınmasına gətirib çıxarır. Dinamik işıq səpilməsi (DLS) ölçmələri göstərir ki, palladium nanohissəcikləri aqreqatlarının ölçü paylanması genişdir və mərkəzi 20nm-dir.
UP100H laboratoriya sonikatoru palladium nanohissəciklərinin hazırlanması üçün istifadə edilmişdir.
Palladium (Pd) nanohissəcikləri ultrasəslə işləmə vasitəsilə hazırlana bilər
Layihələndirmə, istehsal və məsləhət xidmətləri – Almaniya istehsalı keyfiyyət
Hielscher ultrasəs cihazları ən yüksək keyfiyyət və dizayn standartları ilə yaxşı tanınır. Möhkəmlik və asan idarəetmə ultrasəs cihazlarımızın sənaye müəssisələrinə rahat inteqrasiyasına imkan verir. Hielscher ultrasəs cihazları sərt şəraitin və yüksək tələblər qoyan mühitlərin öhdəsindən asanlıqla gəlir.
Hielscher Ultrasonics ISO sertifikatlı şirkətdir və ən müasir texnologiyaya malik, istifadəsi rahat, yüksək məhsuldarlıqlı ultrasəs cihazlarına xüsusi önəm verir. Əlbəttə, Hielscher ultrasəs cihazları CE tələblərinə uyğundur və UL, CSA və RoHs tələblərinə cavab verir.
Ədəbiyyat/İstinadlar
- Nemamcha, A.; Rehspringer, J. L. (2008): Morphology of dispersed and aggregated PVV-Pd nanoparticles prepared by ultrasonic irradiation of Pd(NO₃)₂ solution in ethylene glycol. Rev. Adv. Mater. Sci. 18;2008. 685-688.
- Prekob, Á., Muránszky, G., Kocserha, I. et al. (2020): Sonochemical Deposition of Palladium Nanoparticles Onto the Surface of N-Doped Carbon Nanotubes: A Simplified One-Step Catalyst Production Method. Catalysis Letters 150, 2020. 505–513.
- Haitao Zheng, Mphoma S. Matseke, Tshimangadzo S. Munonde (2019): The unique Pd@Pt/C core-shell nanoparticles as methanol-tolerant catalysts using sonochemical synthesis. Ultrasonics Sonochemistry, Volume 57, 2019. 166-171.
Bilməyə dəyər faktlar
Palladium nədir?
Palladium kimyəvi simvolu Pd, atom nömrəsi 46 olan nadir, gümüşü-ağ qiymətli metaldır. O, platin qrupu metallarına aiddir və kimyəvi cəhətdən sabit olduğuna, elektrik cərəyanını keçirdiyinə, hidrogeni udduğuna və əla katalizator kimi fəaliyyət göstərdiyinə görə qiymətləndirilir. Xırda hissəciklərə bölünmüş palladium hidrogenləşmə və dehidrogenləşmə reaksiyaları üçün xüsusilə effektivdir. Qızdırılmış palladium isə hidrogenin öz içindən diffuziyasına imkan verə bilər ki, bu da onu hidrogenin ayrılması və təmizlənməsi üçün faydalı edir.
Palladium nanohissəcikləri nə üçün istifadə olunur?
Palladium nanohissəcikləri əsasən böyük səth sahəsinə malik katalizatorlar kimi istifadə olunur. Nanohissəciklər həcmli palladiuma nisbətən xeyli daha böyük aktiv səth sahəsi təqdim etdiyindən, katalizatorun səmərəliliyini artıra və tələb olunan bahalı nəcib metalın miqdarını azalda bilər. Tipik tətbiqlərə kimyəvi sintez, hidrogenləşmə reaksiyaları, karbon–karbon birləşmə reaksiyaları, elektrokataliz, yanacaq elementlərinin tədqiqi, hidrogenin aşkarlanması və saxlanması, ekoloji kataliz və antimikrob, fototermik və xərçəng əleyhinə sistemlər kimi bəzi biotibbi tədqiqat sahələri daxildir. Palladiumun katalitik davranışı hissəciklərin ölçüsündən, morfologiyasından və dispersliyindən güclü şəkildə asılıdır.
Palladium nanohissəcikləri katalitik funksiyalar əldə etmək məqsədilə digər hissəciklərə aşqar kimi əlavə edilmək üçün də istifadə olunur. Fischer-Tropsch katalizatoru kimi Pd/N-BCNT sintezi üçün ultrasəs üsulu haqqında daha çox oxuyun!
Palladium toksikdirmi?
Elementar metal palladium ümumiyyətlə aşağı toksikliyə malik hesab olunur və onun məlum bioloji rolu yoxdur, lakin palladium birləşmələri, duzları, tozları və nanoölçülü formaları ilə ehtiyatla işləmək lazımdır. İş yerində və ya laboratoriyada məruzqalma birləşmədən və məruzqalma yolundan asılı olaraq qıcıqlanmaya və ya sensibilizasiyaya səbəb ola bilər. Məsələn, palladium xlorid məhlulları selikli qişaları qıcıqlandıra bilər. Sənayedə işləmə baxımından praktik cavab belədir: həcmli metal palladium nisbətən aşağı risklidir, lakin palladium tozları, həll olan palladium duzları və palladium nanohissəcikləri potensial təhlükəli materiallar kimi qəbul edilməli, toza nəzarət, havalandırma, əlcəklər, gözlərin qorunması və tullantılarla düzgün işləmə təmin olunmalıdır.