Ηχοχημική αναγωγή νανοσωματιδίων παλλαδίου

Το παλλάδιο (Pd) είναι γνωστό για τις καταλυτικές του ιδιότητες και χρησιμοποιείται επίσης ευρέως στην έρευνα υλικών, στην κατασκευή ηλεκτρονικών συσκευών, στην ιατρική, στον καθαρισμό υδρογόνου και σε διάφορες χημικές εφαρμογές. Χρησιμοποιώντας μια υπερηχοχημική μέθοδο, το μέγεθος και η μορφολογία των σωματιδίων παλλαδίου μπορούν να ελεγχθούν ρυθμίζοντας την αναλογία PVP/Pd. Αυτό επιτρέπει την υπερηχητική σύνθεση είτε πολύ λεπτών, μονοδιασπαρτών νανοσωματιδίων είτε μεγαλύτερων συσσωματωμάτων παλλαδίου, επιτρέποντας την προσαρμογή των διαστάσεων των σωματιδίων για βέλτιστη καταλυτική απόδοση.

Υπερήχων παραγωγή νανοσωματιδίων παλλαδίου

Η αναγωγή νανοσωματιδίων παλλαδίου με υπερήχους προσφέρει μια γρήγορη και οικονομική ως προς την κατανάλωση αντιδραστηρίων μέθοδο παραγωγής νανοσωματιδίων Pd(0), μέσω της χρήσης ακουστικής σπηλαίωσης για τη δημιουργία τοπικών συνθηκών υψηλής ενέργειας και αναγωγικών ριζών στο διάλυμα, επιτρέποντας την αναγωγή των ιόντων παλλαδίου χωρίς τη χρήση συμβατικών μεθόδων επεξεργασίας σε υψηλές θερμοκρασίες.
Ένα βασικό πλεονέκτημα είναι ο έλεγχος της διαδικασίας: ο χρόνος υπερήχησης και η συγκέντρωση του σταθεροποιητή, όπως η αναλογία PVP/Pd, μπορούν να επηρεάσουν το αν το προϊόν θα σχηματιστεί ως καλά διασκορπισμένα, στρογγυλά νανοσωματίδια περίπου 5 nm ή ως μεγαλύτερα συσσωματώματα περίπου 20 nm, κάτι που έχει βιομηχανική σημασία, καθώς η απόδοση του παλλαδίου στην κατάλυση εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθος των σωματιδίων, τη μορφολογία, τη διασπορά και την επιφάνεια. Δεδομένου ότι τα νανοσωματίδια παλλαδίου έχουν ευρεία αξία ως ετερογενείς καταλύτες, ηλεκτροκαταλύτες και λειτουργικά υλικά, η υπερηχητική αναγωγή αποτελεί ελκυστική μέθοδο για την παραγωγή λεπτοδιασπαρμένων καταλυτών Pd υπό συγκριτικά ήπιες συνθήκες υγρής φάσης, με πιθανά οφέλη για τη χημική σύνθεση, την περιβαλλοντική κατάλυση, τις τεχνολογίες κυψελών καυσίμου και άλλες διεργασίες όπου η υψηλή καταλυτική δραστηριότητα και η αποδοτική αξιοποίηση των ευγενών μετάλλων είναι οικονομικά σημαντικές.

Υπερήχων UIP2000hdT για ισχυρή υπερήχηση και βέλτιστο έλεγχο της διαδικασίας

Βιομηχανική επεξεργασία νανοσωματιδίων με τον ηχοβολέα UIP2000hdT

Οι Nemamcha και Rehspringer (2008) διερεύνησαν την ηχοχημική παραγωγή διασκορπισμένων και συσσωματωμένων νανοσωματιδίων παλλαδίου. Για τον σκοπό αυτό, ένα διάλυμα Pd(NO₃)₂ υποβλήθηκε σε υπερηχητική επεξεργασία με τον εργαστηριακό ομογενοποιητή υπερήχων UP100H παρουσία αιθυλενογλυκόλης (EG) και πολυβινυλοπυρρολιδόνης (PVP).

Διαδικασία προετοιμασίας δειγμάτων

Τα δείγματα ετοιμάστηκαν ως εξής:
Για τα δείγματα, μείγματα 30mL EG και 5·10^-6mol PVP παρασκευάστηκαν με μαγνητική ανάδευση για 15 λεπτά. Για τα διάφορα δείγματα, προστέθηκαν διαφορετικές ποσότητες διαλύματος Pd(NO₃)₂, 1,5 mL και 2 mL. Τα μείγματα των δειγμάτων παρασκευάστηκαν με αναλογία 2·10^-3mol Pd(NO₃)₂ στο δείγμα (α) και 2,66·10^-3mol Pd(NO₃)₂ στο δείγμα (β). Και τα δύο μείγματα υποβλήθηκαν σε υπερηχητική επεξεργασία σε φιαλίδιο των 20 mL με τη χρήση υπερηχητικού συστήματος τύπου αισθητήρα. Λήφθηκαν δείγματα μετά από χρόνους υπερηχητικής επεξεργασίας 30, 60, 90, 120, 150 και 180 λεπτών.

Η ανάλυση των πειραματικών αποτελεσμάτων δείχνει ότι:

1. Η sonochemical μείωση του Pd (II) σε Pd (0) εξαρτάται από το χρόνο υπερήχων.

2. Η υψηλή μοριακή αναλογία PVP/Pd(II) οδηγεί στο σχηματισμό μονοδιασπαρμένων σωματιδίων παλλαδίου με στρογγυλεμένο σχήμα και μέση διάμετρο περίπου 5nm.

3. Ωστόσο, η χαμηλή μοριακή αναλογία PVP/Pd(II) περιλαμβάνει τη λήψη νανοσωματιδίων παλλαδίου με μεγάλη κατανομή μεγέθους κεντραρισμένη στα 20nm.

Η sonochemical οδός μείωσης των ιόντων παλλαδίου (II) Πδ(ΙΙ) σε άτομα παλλαδίου Πδ(0) μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι τα ακόλουθα:

(1) Πυρόλυση του νερού: H₂O → •OH + •H
(2) Σχηματισμός ριζών: RH (αναγωγικό μέσο) + •OH(•H) → •R + H₂O(H₂)
(3) Μείωση ιόντων: Pd(II) + αναγωγικές ρίζες (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
(4) Σχηματισμός σωματιδίων: NPd(0) → Pdn

Αποτέλεσμα: Ανάλογα με την αναλογία PVP/Pd(II), διασκορπισμένο ή συγκεντρωτικό Pd_N αποκτήθηκαν.

Μονοδιασπαρμένα και συσσωματωμένα νανοσωματίδια Pd που λαμβάνονται με υπερηχητική αναγωγή του Pd (II)

Ηχοχημική αναγωγή του παλλαδίου: το δείγμα α (αριστερά) περιέχει υψηλή ποσότητα PVP, ενώ το δείγμα β (δεξιά) περιέχει χαμηλή ποσότητα PVP. Χρόνος υπερήχησης με το UP100H: 180 λεπτά. Το δείγμα α παρουσιάζει μονοδιασπαρμένα νανοσωματίδια Pd, ενώ το δείγμα β παρουσιάζει συσσωματωμένα νανοσωματίδια Pd.
Εικόνες και μελέτη: ©Nemamcha και Rehspringer, 2008

Ανάλυση και αποτελέσματα

Οι αναλύσεις απορρόφησης ορατές στην υπεριώδη ακτινοβολία επιβεβαιώνουν τη σχέση μεταξύ της sonochemical αναγωγής των ιόντων παλλαδίου (II) σε άτομα παλλαδίου (0) και του χρόνου κατακράτησης στο υπερηχητικό πεδίο. Η αναγωγή των ιόντων παλλαδίου(II) σε άτομα παλλαδίου(0) εξελίσσεται και μπορεί να επιτευχθεί πλήρως με την αύξηση του χρόνου υπερήχων. Οι μικρογραφίες της ηλεκτρονικής μικροσκοπίας μετάδοσης (TEM) δείχνουν ότι:

Όταν προστίθεται μεγάλη ποσότητα PVP, η υπερηχοχημική αναγωγή των ιόντων παλλαδίου οδηγεί στον σχηματισμό μονοδιασπαρτών σωματιδίων παλλαδίου με σφαιρικό σχήμα και μέση διάμετρο περίπου 5 nm.
Η χρήση μικρής ποσότητας PVP οδηγεί στη δημιουργία συσσωματωμάτων νανοσωματιδίων παλλαδίου. Οι μετρήσεις δυναμικής σκέδασης φωτός (DLS) αποκαλύπτουν ότι τα συσσωματώματα νανοσωματιδίων παλλαδίου παρουσιάζουν ευρεία κατανομή μεγεθών με κέντρο τα 20 nm.

Νανοσωματίδια έχουν παρασκευαστεί από τους Nemamcha et al. (2008) μέσω sonochemical αναγωγής του Pd(II) σε Pd(0)

Ο εργαστηριακός υπερηχητικός μετατροπέας UP100H έχει χρησιμοποιηθεί για την παρασκευή νανοσωματιδίων παλλαδίου.

Sonochemistry: Υπερηχητική μείωση του παλλαδίου

Τα νανοσωματίδια παλλαδίου (Pd) μπορούν να παρασκευαστούν με υπερήχους

Ζητήστε περισσότερες πληροφορίες

Παρακαλούμε χρησιμοποιήστε την παρακάτω φόρμα για να ζητήσετε περισσότερες πληροφορίες σχετικά με τους υπερηχητικούς διαλυτές για τη σύνθεση νανοσωματιδίων, τις οδηγίες χρήσης και τις τιμές. Θα χαρούμε να συζητήσουμε μαζί σας τη διαδικασία επεξεργασίας των νανοσωματιδίων σας και να σας προτείνουμε τον καλύτερο υπερηχητικό διαλυτή που ανταποκρίνεται στις ανάγκες σας!

Διεύθυνση ηλεκτρονικού ταχυδρομείου (απαιτείται)

Αριθμός τηλεφώνου

Όνομα

Τόκος

Αυτό το βίντεο του ομογενοποιητή υπερήχων UP100H δείχνει τον συμπαγή σχεδιασμό και τις ευέλικτες εφαρμογές του, όπως διασπορά, ομογενοποίηση, ανάμειξη, απαέρωση ή γαλακτωματοποίηση.

Σχεδιασμός, Κατασκευή και Συμβουλευτική – Ποιότητα Made in Germany

Hielscher υπερήχων είναι γνωστή για την υψηλότερη ποιότητα και τα πρότυπα σχεδιασμού τους. Η ευρωστία και η εύκολη λειτουργία επιτρέπουν την ομαλή ενσωμάτωση των υπερήχων μας σε βιομηχανικές εγκαταστάσεις. Οι σκληρές συνθήκες και τα απαιτητικά περιβάλλοντα αντιμετωπίζονται εύκολα από τους υπερήχους Hielscher.

Hielscher Υπέρηχοι είναι μια πιστοποιημένη εταιρεία ISO και δίνουν ιδιαίτερη έμφαση σε υψηλής απόδοσης υπερήχων που διαθέτουν state-of-the-art τεχνολογία και φιλικότητα προς το χρήστη. Φυσικά, Hielscher υπερήχων είναι CE συμβατό και πληρούν τις απαιτήσεις των UL, CSA και RoHs.

Βιβλιογραφία/Αναφορές

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.

Σχετικά θέματα

Γεγονότα που αξίζει να γνωρίζετε

Τι είναι το παλλάδιο;

Το παλλάδιο είναι ένα σπάνιο, ασημί-λευκό πολύτιμο μέταλλο με χημικό σύμβολο Pd και ατομικό αριθμό 46. Ανήκει στα μέταλλα της ομάδας της πλατίνας και εκτιμάται επειδή είναι χημικά σταθερό, αγωγεί τον ηλεκτρισμό, απορροφά υδρογόνο και λειτουργεί ως εξαιρετικός καταλύτης. Το παλλάδιο σε λεπτή σκόνη είναι ιδιαίτερα αποτελεσματικό για αντιδράσεις υδρογόνωσης και αποϋδρογόνωσης, ενώ όταν θερμαίνεται επιτρέπει τη διάχυση του υδρογόνου μέσω του, γεγονός που το καθιστά χρήσιμο για τον διαχωρισμό και τον καθαρισμό του υδρογόνου.

Σε ποιες εφαρμογές χρησιμοποιούνται τα νανοσωματίδια παλλαδίου;

Τα νανοσωματίδια παλλαδίου χρησιμοποιούνται κυρίως ως καταλύτες με μεγάλη επιφάνεια. Επειδή τα νανοσωματίδια διαθέτουν πολύ μεγαλύτερη ενεργή επιφάνεια σε σύγκριση με το παλλάδιο σε μορφή μάζας, μπορούν να βελτιώσουν την αποδοτικότητα του καταλύτη και να μειώσουν την ποσότητα του ακριβού ευγενούς μετάλλου που απαιτείται. Τυπικές εφαρμογές περιλαμβάνουν τη χημική σύνθεση, τις αντιδράσεις υδρογόνωσης, τις αντιδράσεις σύζευξης άνθρακα-άνθρακα, την ηλεκτροκατάλυση, την έρευνα στον τομέα των κυψελών καυσίμου, την ανίχνευση και αποθήκευση υδρογόνου, την περιβαλλοντική κατάλυση, καθώς και ορισμένους τομείς της βιοϊατρικής έρευνας, όπως τα αντιμικροβιακά, φωτοθερμικά και αντικαρκινικά συστήματα. Η καταλυτική συμπεριφορά του παλλαδίου εξαρτάται σε μεγάλο βαθμό από το μέγεθος, τη μορφολογία και τη διασπορά των σωματιδίων.
Τα νανοσωματίδια παλλαδίου χρησιμοποιούνται επίσης για την πρόσμιξη άλλων σωματιδίων, με σκοπό την επίτευξη καταλυτικών λειτουργιών. Διαβάστε περισσότερα για τη μέθοδο με υπερήχους για τη σύνθεση Pd/N-BCNT ως καταλύτη Fischer-Tropsch!

Είναι το παλλάδιο τοξικό;

Το στοιχειακό μεταλλικό παλλάδιο θεωρείται γενικά ότι έχει χαμηλή τοξικότητα και δεν έχει γνωστό βιολογικό ρόλο, ωστόσο οι ενώσεις, τα άλατα, οι σκόνες και οι νανομετρικές μορφές του παλλαδίου πρέπει να χειρίζονται με προσοχή. Η επαγγελματική ή εργαστηριακή έκθεση μπορεί να προκαλέσει ερεθισμό ή ευαισθητοποίηση, ανάλογα με την ένωση και την οδό έκθεσης, ενώ τα διαλύματα χλωριούχου παλλαδίου, για παράδειγμα, ενδέχεται να ερεθίσουν τους βλεννογόνους. Όσον αφορά τον βιομηχανικό χειρισμό, η πρακτική απάντηση είναι: το μεταλλικό παλλάδιο χύμα ενέχει σχετικά χαμηλό κίνδυνο, αλλά οι σκόνες παλλαδίου, τα διαλυτά άλατα παλλαδίου και τα νανοσωματίδια παλλαδίου πρέπει να αντιμετωπίζονται ως δυνητικά επικίνδυνα υλικά, με μέτρα ελέγχου της σκόνης, εξαερισμό, γάντια, προστασία των ματιών και σωστή διαχείριση των αποβλήτων.