პალადიუმის ნანონაწილაკების სონოქიმიური რედუქცია

პალადიუმი (Pd) კარგად არის ცნობილი თავისი კატალიზური ფუნქციებით, მაგრამ ასევე ხშირად გამოიყენება მასალების კვლევაში და ელექტრონიკის წარმოებაში, მედიცინაში, წყალბადის გაწმენდაში და სხვა ქიმიურ პროგრამებში. სონოქიმიური მარშრუტით შეიძლება წარმოიქმნას როგორც მონო-დისპერსირებული, ასევე აგრეგირებული პალადიუმის ნანო ნაწილაკები.

პალადიუმის ნანონაწილაკების ულტრაბგერითი წარმოება

ნემამჩამ და რეჰსპრინგერმა გამოიკვლიეს დისპერსიული და აგრეგირებული პალადიუმის ნანონაწილაკების სონოქიმიური წარმოება. ამიტომ, Pd(NO₃)₂ ხსნარი გაჟღენთილია ულტრაბგერითი ლაბორატორიული ჰომოგენიზატორით UP100H ეთილენგლიკოლის (EG) და პოლივინილპიროლიდონის (PVP) თანდასწრებით.

Პროცედურა

ნიმუშები მომზადდა შემდეგნაირად:
ნიმუშებისთვის, 30მლ EG და 5·10 ნარევები^-6მოლი PVP მომზადდა მაგნიტური მორევით 15 წუთის განმავლობაში. სხვადასხვა ნიმუშებისთვის, Pd-ის სხვადასხვა რაოდენობა (NO₃)₂ დაემატა ხსნარი, 1.5 მლ და 2 მლ. ნიმუშის ნარევები მომზადდა 2·10 თანაფარდობით^-3mol Pd (NO₃)₂ ნიმუშში (a) და 2.66·10^-3mol Pd (NO₃)₂ ნიმუშში (ბ). ორივე ნარევი 20 მლ ფლაკონში იყო სონიკირებული ზონდის ტიპის ულტრაბგერითი აპარატის გამოყენებით. ნიმუშები აღებული იქნა 30, 60, 90, 120, 150 და 180 წთ-ის გაჟღერების შემდეგ.

ექსპერიმენტული შედეგების ანალიზი აჩვენებს, რომ:

1. Pd(II)-ის Pd(0)-ად სონოქიმიური რედუქცია დამოკიდებულია სონიკაციის დროზე.

2. მაღალი PVP/Pd(II) მოლური თანაფარდობა იწვევს პალადიუმის მონოდისპერსული ნაწილაკების წარმოქმნას, რომლებსაც აქვთ მომრგვალებული ფორმა და საშუალო დიამეტრი დაახლოებით 5 ნმ.

3. თუმცა, დაბალი PVP/Pd(II) მოლური თანაფარდობა გულისხმობს პალადიუმის ნანონაწილაკების აგრეგატების მიღებას დიდი ზომის განაწილებით, რომელიც ორიენტირებულია 20 ნმ-ზე.

პალადიუმის (II) იონების შემცირების სონოქიმიური გზა Pd(II) პალადიუმის ატომებს Pd(0) შეიძლება ჩაითვალოს შემდეგი:

• (1) წყლის პიროლიზი: H₂O → •OH+•H
• (2) რადიკალური წარმონაქმნი: RH (აღმდგენი აგენტი) + •OH(•H) → •R + H₂O(H₂)
• (3) იონების რედუქცია: Pd(II) + აღმდგენი რადიკალები (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
• (4) ნაწილაკების წარმოქმნა: ნPd(0) → Pdn

–> შედეგი: PVP/Pd(II) თანაფარდობიდან გამომდინარე, დისპერსიული ან აგრეგირებული Pd_ნ მიღებულ იქნა.

პალადიუმის სონოქიმიური რედუქცია: ნიმუში a (მარცხნივ) შეიცავს PVP-ს დიდ რაოდენობას, ნიმუში b (მარჯვნივ) დაბალ რაოდენობას PVP. Sonication დრო ერთად UP100H: 180 წთ. ნიმუში a აჩვენებს მონო დისპერსიულ Pd ნანო ნაწილაკებს, ნიმუში b აგრეგირებული Pd ნანო ნაწილაკებს. [ნემამჩა; Rehspringer 2008]

ანალიზი და შედეგები

ულტრაიისფერი ხილული შთანთქმის ანალიზები ადასტურებს კავშირს პალადიუმის (II) იონების სონოქიმიურ შემცირებას პალადიუმის (0) ატომებთან და ულტრაბგერითი ველში შეკავების დროს შორის. პალადიუმის (II) იონების დაქვეითება პალადიუმის (0) ატომებამდე პროგრესირებს და შეიძლება მთლიანად მიღწეული იყოს გაჟონვის დროის გაზრდით. გადამცემი ელექტრონული მიკროსკოპის (TEM) მიკროგრაფები აჩვენებს, რომ:

1. 1. როდესაც ემატება PVP-ის დიდი რაოდენობა, პალადიუმის იონების სონოქიმიური შემცირება იწვევს პალადიუმის მონოდისპერსული ნაწილაკების წარმოქმნას სფერული ფორმისა და საშუალო დიამეტრის დაახლოებით. 5 ნმ.
2. 2. PVP-ის მცირე რაოდენობით გამოყენება გულისხმობს პალადიუმის ნანონაწილაკების აგრეგატების მიღებას. სინათლის დინამიური გაფანტვის (DLS) გაზომვები ცხადყოფს, რომ პალადიუმის ნანონაწილაკების აგრეგატებს აქვთ დიდი ზომის განაწილება, რომელიც ორიენტირებულია 20 ნმ-ზე.