הפחתה סונוכימית של ננו-חלקיקי פלדיום

פלדיום (Pd) ידוע בתפקודיו הקטליטיים אך משמש לעתים קרובות גם במחקר חומרים ובייצור אלקטרוניקה, רפואה, טיהור מימן ויישומים כימיים אחרים. באמצעות מסלול סונוכימי, ניתן לייצר חלקיקי ננו פלדיום חד-מפוזרים כמו גם מצטברים.

ייצור על-קולי של ננו-חלקיקי פלדיום

נמאצ'ה ורהספרינגר חקרו את הייצור הסונוכימי של ננו-חלקיקי פלדיום מפוזרים ומצטברים. לכן, Pd(NO₃)₂ הפתרון עבר סוניזציה עם ההומוגנייזר Ultrasonic Lab UP100H בנוכחות אתילן גליקול (EG) ופוליוויניל פירולידון (PVP).

פרוצדורה

הדגימות הוכנו כדלקמן:
עבור הדגימות, תערובות של 30mL של EG ו 5·10^-6mol של PVP היו prepraed על ידי ערבוב מגנטי במשך 15 דקות. עבור הדגימות השונות, כמות שונה של Pd(NO₃)₂ נוספו תמיסה, 1.5 מ"ל ו-2 מ"ל. תערובות המדגם הוכנו ביחס של 2·10^-3מול Pd(לא₃)₂ במדגם (א) ו-2.66·10^-3מול Pd(לא₃)₂ במדגם (ב). שתי התערובות סוננו בבקבוקון של 20 מ"ל באמצעות אולטרה-סאונד מסוג בדיקה. הדגימות נלקחו לאחר זמני סוניקציה של 30, 60, 90, 120, 150 ו-180 דקות.

ניתוח תוצאות הניסוי מראה כי:

1. ההפחתה הסונוכימית של Pd(II) ל-Pd(0) תלויה בזמן הסוניקציה.

2. היחס המולרי הגבוה בין PVP/Pd(II) מוביל להיווצרות חלקיקי פלדיום חד-מפוזרים בעלי צורה מעוגלת וקוטר ממוצע של כ-5 ננומטר.

3. עם זאת, היחס המולרי הנמוך של PVP/Pd(II) כרוך בקבלת ננו-חלקיקי פלדיום אגרגטים עם התפלגות גודל גדולה שמרכזו 20nm.

התוואי הסונוכימי של יוני פלדיום מחזרים (II) Pd(II) לאטומי פלדיום Pd(0) ניתן להניח שהדברים הבאים:

• (1) פירוליזה של מים: H₂O → •OH+•H
• (2) היווצרות רדיקלית: RH (חומר מחזר) + •OH(•H) → •R + H₂O(H₂)
• (3) הפחתת יונים: Pd(II) + רדיקלים מחזרים (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
• (4) היווצרות חלקיקים: NPd(0) → Pdn

–> תוצאה: בהתאם ליחס PVP/Pd(II), Pd מפוזר או מצטבר_N הושגו.

הפחתה סונוכימית של פלדיום: מדגם a (משמאל) מכיל כמות גבוהה של PVP, מדגם b (מימין) כמות נמוכה של PVP. זמן סוניקציה עם UP100H: 180 דקות דוגמה a מציגה חלקיקי ננו Pd מפוזרים מונו, דגימה b חלקיקי ננו Pd מצטברים. [נמחה; Rehspringer 2008]

ניתוח ותוצאות

ניתוחי הבליעה הנראים UV מאשרים את הקשר בין ההפחתה הסונוכימית של יוני פלדיום (II) לאטומי פלדיום(0) לבין זמן השמירה בשדה העל-קולי. הפחתת יוני פלדיום(II) לאטומי פלדיום(0) מתקדמת וניתנת להשגה מלאה עם הגדלת זמן הסוניקציה. המיקרוגרפים של מיקרוסקופ אלקטרונים תמסורת (TEM) מראים כי:

1. 1. כאשר מוסיפים כמות גבוהה של PVP, ההפחתה הסונוכימית של יוני פלדיום מובילה להיווצרות חלקיקי פלדיום חד-מפוזרים בעלי צורה כדורית וקוטר ממוצע של כ-5 ננומטר.
2. 2. השימוש בכמות קטנה של PVP כרוך בהשגת ננו-חלקיקי פלדיום אגרגטים. מדידות פיזור האור הדינמי (DLS) חושפות כי לצברי ננו-חלקיקי הפלדיום יש התפלגות גודל גדולה שמרכזו 20nm.