Sonokemisk reduktion af palladium nanopartikler

Palladium (Pd) er kendt for sine katalytiske funktioner, men bruges også ofte i materialeforskning og produktion af elektronik, medicin, brintrensning og andre kemiske anvendelser. Via sonokemisk vej kan monodispergerede såvel som aggregerede palladium nanopartikler produceres.

Ultralydsproduktion af palladium nanopartikler

Nemamcha og Rehspringer har undersøgt den sonokemiske produktion af dispergerede og aggregerede palladium-nanopartikler. Derfor er en Pd(NO₃)₂ opløsningen er blevet sonikeret med ultralydslaboratoriehomogenisatoren UP100H i nærvær af ethylenglycol (EG) og polyvinylpyrrolidon (PVP).

Procedure

Prøverne blev fremstillet som følger:
Til prøverne, blandinger af 30 ml EG og 5,10^-6mol af PVP blev forberedt ved magnetisk omrøring i 15 minutter. For de forskellige prøver er der forskellige mængder Pd(NO₃)₂ opløsning, 1,5 ml og 2 ml, blev tilsat. Prøveblandingerne blev fremstillet med forholdet 2,10^-3mol Pd(NO₃)₂ i stikprøve a) og 2,66,10^-3mol Pd(NO₃)₂ i prøve b). Begge blandinger blev sonikeret i et 20 ml hætteglas ved hjælp af en sonde-type ultralydsapparat. Prøver blev taget efter sonikeringstider på 30, 60, 90, 120, 150 og 180 minutter.

Analysen af forsøgsresultaterne viser, at:

1. Den sonokemiske reduktion af Pd (II) til Pd (0) afhænger af sonikeringstiden.

2. Det høje PVP/Pd(II) molforhold fører til dannelsen af monodispergerede palladiumpartikler med en afrundet form og en gennemsnitlig diameter på ca. 5nm.

3. Det lave PVP/Pd(II) molare forhold involverer imidlertid opnåelse af aggregater palladium nanopartikler med en stor størrelsesfordeling centreret ved 20nm.

Den sonokemiske vej til reduktion af palladium (II) ioner Pd(II) til palladiumatomer Pd(0) kan antages at være følgende:

• (1) Vandpyrolyse: H₂O → •OH+•H
• (2) Radikaldannelse: RH (reduktionsmiddel) + •OH(•H) → •R + H₂O(H₂)
• (3) Ionreduktion: Pd(II) + reducerende radikaler (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
• 4) Partikeldannelse: NPd(0) → Pdn

–> Resultat: Afhængigt af PVP/Pd(II)-forholdet, spredt eller aggregeret Pd_N blev opnået.

Sonokemisk reduktion af palladium: prøve a (venstre) indeholder en høj mængde PVP, prøve b (højre) en lav mængde PVP. Sonikeringstid med UP100H: 180 min. Prøve a viser monodispergerede Pd nanopartikler, prøve b aggregerede Pd nanopartikler. [Nemamcha; Rehspringer 2008]

Analyse og resultater

De UV-synlige absorptionsanalyser bekræfter forholdet mellem den sonokemiske reduktion af palladium(II)-ioner til palladium(0)-atomer og retentionstiden i ultralydsfeltet. Reduktionen af palladium (II) ioner til palladium (0) atomer skrider frem og kan opnås fuldstændigt med stigende sonikeringstid. Mikrograferne af transmissionselektronmikroskopi (TEM) viser, at:

1. 1. Når der tilsættes en høj mængde PVP, fører den sonokemiske reduktion af palladiumioner til dannelsen af monodispergerede palladiumpartikler med sfærisk form og en gennemsnitlig diameter på ca. 5nm.
2. 2. Anvendelsen af en lille mængde PVP involverer opnåelse af aggregater palladium nanopartikler. De dynamiske lysspredningsmålinger (DLS) afslører, at palladium-nanopartiklerne har en stor størrelsesfordeling centreret ved 20nm.