Sonochemical Reduction of Palladium Nanoparticles

Il palladio (Pd) è ben noto per le sue funzioni catalitiche, ma è anche spesso utilizzato nella ricerca sui materiali e nella produzione di elettronica, medicina, purificazione dell'idrogeno e altre applicazioni chimiche. Tramite la via sonochemica, è possibile produrre nanoparticelle di palladio mono-disperse e aggregate.

Produzione a ultrasuoni di nanoparticelle di palladio

Nemamcha e Rehspringer hanno studiato la produzione per via sonica di nanoparticelle di palladio disperse e aggregate. Pertanto, un Pd(NO₃)₂ la soluzione è stata sonicata con l'omogeneizzatore da laboratorio a ultrasuoni UP100H in presenza di glicole etilenico (EG) e polivinilpirrolidone (PVP).

Procedura

I campioni sono stati preparati come segue:
Per i campioni, miscele di 30mL di EG e 5-10^-6mol di PVP sono stati preparati all'infrarosso mediante agitazione magnetica per 15 minuti. Per i diversi campioni, diverse quantità di Pd(NO₃)₂ 1,5mL e 2mL. Le miscele di campioni sono state preparate con un rapporto di 2-10^-3mol Pd(NO₃)₂ nel campione (a) e 2,66-10^-3mol Pd(NO₃)₂ nel campione (b). Entrambe le miscele sono state sonicate in una fiala da 20 mL utilizzando un ultrasuonatore a sonda. I campioni sono stati prelevati dopo tempi di sonicazione di 30, 60, 90, 120, 150 e 180 minuti.

L'analisi dei risultati sperimentali mostra che:

1. La riduzione stereochimica del Pd(II) in Pd(0) dipende dal tempo di sonicazione.

2. L'elevato rapporto molare PVP/Pd(II) porta alla formazione di particelle di palladio monodisperse di forma arrotondata e con un diametro medio di circa 5 nm.

3. Tuttavia, il basso rapporto molare PVP/Pd(II) comporta l'ottenimento di nanoparticelle di palladio aggregate con un'ampia distribuzione dimensionale centrata su 20 nm.

La via sicochimica per la riduzione degli ioni di palladio (II) Pd(II) agli atomi di palladio Pd(0) può essere assunto come il seguente:

• (1) Pirolisi dell'acqua: H₂O → -OH+-H
• (2) Formazione di radicali: RH (agente riducente) + -OH(-H) → -R + H₂O(H₂)
• (3) Riduzione degli ioni: Pd(II) + radicali riducenti (-H, -R) → Pd(0) + R-CHO + H+
• (4) Formazione di particelle: NPd(0) → Pdn

–> Risultato: A seconda del rapporto PVP/Pd(II), il Pd disperso o aggregato è stato ottenuto con la tecnica dell'idrogeno._N sono stati ottenuti.

Riduzione sionochimica del palladio: il campione a (sinistra) contiene un'alta quantità di PVP, il campione b (destra) una bassa quantità di PVP. Tempo di sonicazione con UP100H: 180 min. Il campione a mostra nano particelle di Pd mono disperse, il campione b nano particelle di Pd aggregate. [Nemamcha; Rehspringer 2008].

Analisi e risultati

Le analisi di assorbimento UV-visibile confermano la relazione tra la riduzione stereochimica degli ioni palladio(II) ad atomi di palladio(0) e il tempo di ritenzione nel campo ultrasonico. La riduzione degli ioni palladio(II) ad atomi di palladio(0) progredisce e può essere completamente raggiunta con l'aumento del tempo di sonicazione. Le micrografie della microscopia elettronica a trasmissione (TEM) mostrano che:

1. 1. Con l'aggiunta di un'elevata quantità di PVP, la riduzione stereochimica degli ioni di palladio porta alla formazione di particelle di palladio monodisperse di forma sferica e con un diametro medio di circa 5 nm.
2. 2. L'uso di una piccola quantità di PVP comporta l'ottenimento di aggregati di nanoparticelle di palladio. Le misure di dynamic light scattering (DLS) rivelano che gli aggregati di nanoparticelle di palladio hanno un'ampia distribuzione dimensionale centrata su 20 nm.