Sonokemijska redukcija nanočestica paladija

Paladij (Pd) dobro je poznat po svojim katalitičkim funkcijama, ali se također često koristi u istraživanju materijala i proizvodnji elektronike, medicini, pročišćavanju vodika i drugim kemijskim primjenama. Sonokemijskim putem mogu se proizvesti mono-dispergirane kao i agregirane nanočestice paladija.

Ultrazvučna proizvodnja nanočestica paladija

Nemamcha i Rehspringer istraživali su sonokemijsku proizvodnju raspršenih i agregiranih nanočestica paladija. Prema tome, Pd(NO₃)₂ otopina je sonicirana s ultrazvučnim laboratorijskim homogenizatorom UP100H u prisutnosti etilen glikola (EG) i polivinilpirolidona (PVP).

Postupak

Uzorci su pripremljeni na sljedeći način:
Za uzorke, smjese od 30 mL EG i 5·10^-6mol PVP-a pripremljeni su magnetskim miješanjem 15 min. Za različite uzorke, različite količine Pd(NO₃)₂ dodano je 1,5 mL i 2 mL otopine. Mješavine uzoraka pripremljene su u omjeru 2·10^-3mol Pd(NO₃)₂ u uzorku (a) i 2,66·10^-3mol Pd(NO₃)₂ u uzorku (b). Obje smjese su sonicirane u bočici od 20 mL pomoću ultrazvučnog uređaja tipa sonde. Uzorci su uzeti nakon vremena sonikacije od 30, 60, 90, 120, 150 i 180 minuta.

Analiza eksperimentalnih rezultata pokazuje da:

1. Sonokemijska redukcija Pd(II) u Pd(0) ovisi o vremenu sonikacije.

2. Visoki molarni omjer PVP/Pd(II) dovodi do stvaranja monodisperznih čestica paladija zaobljenog oblika i srednjeg promjera od oko 5 nm.

3. Međutim, nizak molarni omjer PVP/Pd(II) uključuje dobivanje agregata nanočestica paladija s velikom distribucijom veličine sa središtem na 20 nm.

Sonokemijski put redukcije iona paladija (II). Pd(II) na atome paladija Pd(0) može se pretpostaviti da je sljedeće:

• (1) Piroliza vode: H₂O → •OH+•H
• (2) Stvaranje radikala: RH (redukcijsko sredstvo) + •OH(•H) → •R + H₂OH₂)
• (3) Redukcija iona: Pd(II) + redukcijski radikali (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
• (4) Formiranje čestica: NPd(0) → Pdn

–> Rezultat: Ovisno o omjeru PVP/Pd(II), raspršeni ili agregirani Pd_N dobiveni su.

Sonokemijska redukcija paladija: uzorak a (lijevo) sadrži veliku količinu PVP-a, uzorak b (desno) malu količinu PVP-a. Vrijeme ultrazvuka sa UP100H: 180 min. Uzorak a prikazuje mono raspršene nano čestice Pd, uzorak b agregirane nano čestice Pd. [Nemamcha; Rehspringer 2008]

Analiza i rezultati

Analize UV-vidljive apsorpcije potvrđuju odnos između sonokemijske redukcije iona paladija(II) u atome paladija(0) i vremena zadržavanja u ultrazvučnom polju. Redukcija iona paladija(II) u atome paladija(0) napreduje i može se u potpunosti postići povećanjem vremena sonikacije. Mikrografije transmisijske elektronske mikroskopije (TEM) pokazuju da:

1. 1. Kada se doda velika količina PVP-a, sonokemijska redukcija iona paladija dovodi do stvaranja monodisperznih čestica paladija sferičnog oblika i srednjeg promjera od cca. 5nm.
2. 2. Upotreba male količine PVP uključuje dobivanje agregata nanočestica paladija. Mjerenja dinamičkog raspršenja svjetlosti (DLS) otkrivaju da agregati nanočestica paladija imaju veliku distribuciju veličine sa središtem na 20 nm.