Reducción sonoquímica de nanopartículas de paladio

El paladio (Pd) es bien conocido por sus funciones catalíticas, pero también se utiliza a menudo en la investigación de materiales y la producción de electrónica, medicina, purificación de hidrógeno y otras aplicaciones químicas. Por vía sonoquímica se pueden producir nanopartículas de paladio tanto monodispersas como agregadas.

Producción ultrasónica de nanopartículas de paladio

Nemamcha y Rehspringer han investigado la producción sonoquímica de nanopartículas de paladio dispersas y agregadas. Por ello, se ha desarrollado un proceso de Pd(NO₃)₂ la solución se ha sonicado con el homogeneizador ultrasónico de laboratorio UP100H en presencia de etilenglicol (EG) y polivinilpirrolidona (PVP).

Procedimiento

Las muestras se prepararon del siguiente modo:
Para las muestras, se utilizaron mezclas de 30mL de EG y 5-10^-6mol de PVP se prepraron mediante agitación magnética durante 15 min. Para las distintas muestras, se utilizó una cantidad diferente de Pd(NO₃)₂ 1,5mL y 2mL. Las mezclas de muestras se prepararon con una proporción de 2-10^-3mol Pd(NO₃)₂ en la muestra (a) y 2,66-10^-3mol Pd(NO₃)₂ en la muestra (b). Ambas mezclas se sonicaron en un vial de 20 ml utilizando un ultrasonicador de sonda. Se tomaron muestras tras tiempos de sonicación de 30, 60, 90, 120, 150 y 180 min.

El análisis de los resultados experimentales muestra que:

1. La reducción sonoquímica de Pd(II) en Pd(0) depende del tiempo de sonicación.

2. La elevada relación molar PVP/Pd(II) conduce a la formación de partículas de paladio monodispersas con forma redondeada y un diámetro medio de unos 5 nm.

3. Sin embargo, la baja relación molar PVP/Pd(II) implica la obtención de agregados de nanopartículas de paladio con una gran distribución de tamaños centrada en 20nm.

La ruta sonoquímica de reducción de iones de paladio (II) Pd(II) a átomos de paladio Pd(0) se puede suponer lo siguiente:

• (1) Pirólisis del agua: H₂O → -OH+-H
• (2) Formación de radicales: RH (agente reductor) + -OH(-H) → -R + H₂O(H₂)
• (3) Reducción de iones: Pd(II) + radicales reductores (-H, -R) → Pd(0) + R-CHO + H+.
• (4) Formación de partículas: NPd(0) → Pdn

–> Resultado: Dependiendo de la relación PVP/Pd(II), el Pd_N se obtuvieron.

Reducción sonoquímica del paladio: la muestra a (izquierda) contiene una cantidad elevada de PVP, la muestra b (derecha) una cantidad baja de PVP. Tiempo de sonicación con UP100H: 180 min. La muestra a muestra nano partículas de Pd mono dispersas, la muestra b nano partículas de Pd agregadas. [Nemamcha; Rehspringer 2008].

Análisis y resultados

Los análisis de absorción UV-visible confirman la relación entre la reducción sonoquímica de iones de paladio(II) a átomos de paladio(0) y el tiempo de retención en el campo ultrasónico. La reducción de iones de paladio(II) a átomos de paladio(0) progresa y puede alcanzarse completamente con el aumento del tiempo de sonicación. Las micrografías de microscopía electrónica de transmisión (MET) muestran que:

1. 1. Cuando se añade una cantidad elevada de PVP, la reducción sonoquímica de los iones de paladio conduce a la formación de partículas monodispersas de paladio con forma esférica y un diámetro medio de aproximadamente 5 nm.
2. 2. El uso de una pequeña cantidad de PVP implica la obtención de agregados de nanopartículas de paladio. Las medidas de dispersión dinámica de luz (DLS) revelan que los agregados de nanopartículas de paladio presentan una gran distribución de tamaños centrada en 20nm.