Sonohemijska redukcija nanočestica paladijuma

Paladij (Pd) je dobro poznat po svojim katalitičkim funkcijama, ali se takođe često koristi u istraživanju materijala i proizvodnji elektronike, medicine, prečišćavanja vodonika i drugih hemijskih aplikacija. Sonohemijskim putem mogu se proizvesti mono-dispergirane kao i agregirane nano čestice paladijuma.

Ultrazvučna proizvodnja nanočestica paladijuma

Nemamcha i Rehspringer su istraživali sonohemijsku proizvodnju dispergovanih i agregiranih nanočestica paladijuma. Stoga, Pd(NO₃)₂ otopina je sonicirana ultrazvučnim laboratorijskim homogenizatorom UP100H u prisustvu etilen glikola (EG) i polivinilpirolidona (PVP).

Procedura

Uzorci su pripremljeni na sljedeći način:
Za uzorke, mješavine od 30mL EG i 5·10^-6mol PVP-a pripremljeni su magnetnim mešanjem 15 min. Za različite uzorke, različita količina Pd(NO₃)₂ dodano je 1,5 mL i 2 mL rastvora. Smjese uzoraka pripremljene su u omjeru 2·10^-3mol Pd(NO₃)₂ u uzorku (a) i 2,66·10^-3mol Pd(NO₃)₂ u uzorku (b). Obje smjese su sonicirane u bočici od 20 mL korištenjem ultrazvučnog aparata tipa sonde. Uzorci su uzeti nakon vremena sonikacije od 30, 60, 90, 120, 150 i 180 min.

Analiza eksperimentalnih rezultata pokazuje da:

1. Sonohemijska redukcija Pd(II) u Pd(0) zavisi od vremena sonikacije.

2. Visok molarni odnos PVP/Pd(II) dovodi do formiranja monodisperznih čestica paladijuma zaobljenog oblika i srednjeg prečnika od oko 5 nm.

3. Međutim, nizak molarni odnos PVP/Pd(II) uključuje dobijanje agregata nanočestica paladijuma sa velikom raspodelom veličine sa centrom na 20nm.

Sonohemijski put redukcije jona paladija (II). Pd(II) na atome paladijuma Pd(0) može se pretpostaviti da je sljedeće:

• (1) Piroliza vode: H₂O → •OH+•H
• (2) Formiranje radikala: RH (redukciono sredstvo) + •OH(•H) → •R + H₂O(H₂)
• (3) Redukcija jona: Pd(II) + redukcijski radikali (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
• (4) Formiranje čestica: nPd(0) → Pdn

–> Rezultat: Ovisno o omjeru PVP/Pd(II), dispergovani ili agregirani Pd_n su dobijeni.

Sonohemijska redukcija paladija: uzorak a (lijevo) sadrži veliku količinu PVP-a, uzorak b (desno) nisku količinu PVP-a. Vrijeme sonikacije sa UP100H: 180 min. Uzorak a prikazuje mono dispergovane Pd nano čestice, uzorak b agregirane Pd nano čestice. [Nemamcha; Rehspringer 2008]

Analiza i rezultati

UV-vidljive apsorpcione analize potvrđuju vezu između sonohemijske redukcije jona paladijuma(II) na atome paladijuma(0) i vremena zadržavanja u ultrazvučnom polju. Redukcija iona paladijuma(II) na atome paladijuma(0) napreduje i može se u potpunosti postići sa povećanjem vremena sonikacije. Mikrogrami transmisione elektronske mikroskopije (TEM) pokazuju da:

1. 1. Kada se doda velika količina PVP-a, sonohemijska redukcija paladijumovih jona dovodi do stvaranja monodisperznih čestica paladijuma sfernog oblika i srednjeg prečnika od cca. 5nm.
2. 2. Upotreba male količine PVP-a uključuje dobijanje agregata nanočestica paladijuma. Mjerenja dinamičkog raspršenja svjetlosti (DLS) otkrivaju da agregati nanočestica paladijuma imaju veliku distribuciju veličine sa centrom na 20 nm.