Réduction sonochimique de nanoparticules de palladium

Le palladium (Pd) est bien connu pour ses fonctions catalytiques, mais il est aussi souvent utilisé dans la recherche sur les matériaux et la production d'électronique, la médecine, la purification de l'hydrogène et d'autres applications chimiques. La voie sonochimique permet de produire des nanoparticules de palladium aussi bien mono-dispersées qu'agrégées.

Production ultrasonique de nanoparticules de palladium

Nemamcha et Rehspringer ont étudié la production sonochimique de nanoparticules de palladium dispersées et agrégées. Par conséquent, un procédé de fabrication de Pd(NO₃)₂ la solution a été soniquée à l'aide de l'homogénéisateur de laboratoire à ultrasons UP100H en présence d'éthylène glycol (EG) et de polyvinylpyrrolidone (PVP).

Procédure

Les échantillons ont été préparés comme suit :
Pour les échantillons, des mélanges de 30 ml d'EG et de 5 à 10 ml d'EG ont été utilisés.^-6mol de PVP ont été préparés par agitation magnétique pendant 15 minutes. Pour les différents échantillons, différentes quantités de Pd(NO₃)₂ 1,5mL et 2mL, ont été ajoutés. Les mélanges d'échantillons ont été préparés dans un rapport de 2-10^-3mol Pd(NO₃)₂ dans l'échantillon (a) et 2,66-10^-3mol Pd(NO₃)₂ dans l'échantillon (b). Les deux mélanges ont été sonifiés dans un flacon de 20 ml à l'aide d'un ultrasonateur à sonde. Des échantillons ont été prélevés après des temps de sonication de 30, 60, 90, 120, 150 et 180 minutes.

L'analyse des résultats expérimentaux montre que

1. La réduction sonochimique du Pd(II) en Pd(0) dépend du temps de sonication.

2. Le rapport molaire PVP/Pd(II) élevé conduit à la formation de particules de palladium monodispersées ayant une forme arrondie et un diamètre moyen d'environ 5 nm.

3. Cependant, le faible rapport molaire PVP/Pd(II) implique l'obtention d'agrégats de nanoparticules de palladium avec une large distribution de taille centrée sur 20nm.

La voie sonochimique de réduction des ions palladium (II) Pd(II) à des atomes de palladium Pd(0) peut être supposé être le suivant :

• (1) Pyrolyse de l'eau : H₂O → -OH+-H
• (2) Formation de radicaux : RH (agent réducteur) + -OH(-H) → -R + H₂O(H₂)
• (3) Réduction ionique : Pd(II) + radicaux réducteurs (-H, -R) → Pd(0) + R-CHO + H+
• (4) Formation de particules : NPd(0) → Pdn

–> Résultat : En fonction du rapport PVP/Pd(II), on obtient du Pd(II) dispersé ou agrégé._N ont été obtenus.

Réduction sonochimique du palladium : l'échantillon a (à gauche) contient une grande quantité de PVP, l'échantillon b (à droite) une faible quantité de PVP. Temps de sonication avec UP100H: 180 min. L'échantillon a montre des nanoparticules de Pd mono dispersées, l'échantillon b des nanoparticules de Pd agrégées. [Nemamcha ; Rehspringer 2008]

Analyse et résultats

Les analyses d'absorption UV-visible confirment la relation entre la réduction sonochimique des ions palladium(II) en atomes de palladium(0) et le temps de rétention dans le champ ultrasonique. La réduction des ions palladium(II) en atomes de palladium(0) progresse et peut être complètement réalisée avec l'augmentation du temps de sonication. Les micrographies de la microscopie électronique à transmission (MET) montrent que :

1. 1. Lorsqu'une grande quantité de PVP est ajoutée, la réduction sonochimique des ions palladium conduit à la formation de particules de palladium monodispersées de forme sphérique et d'un diamètre moyen d'environ 5 nm.
2. 2. L'utilisation d'une petite quantité de PVP entraîne l'obtention d'agrégats de nanoparticules de palladium. Les mesures de diffusion dynamique de la lumière (DLS) révèlent que les agrégats de nanoparticules de palladium ont une large distribution de taille centrée sur 20nm.