Pallādija nanodaļiņu sonoķīmiskā reducēšana

Pallādijs (Pd) ir labi pazīstams ar savām katalītiskajām funkcijām, taču to bieži izmanto arī materiālu pētniecībā un elektronikas, medicīnas, ūdeņraža attīrīšanas un citu ķīmisku pielietojumu ražošanā. Izmantojot sonoķīmisko ceļu, var ražot monodisperģētas, kā arī apkopotas pallādija nano daļiņas.

Pallādija nanodaļiņu ultraskaņas ražošana

Nemamcha un Rehspringer ir pētījuši disperģēto un agregēto pallādija nanodaļiņu sonoķīmisko ražošanu. Tāpēc Pd(NO₃)₂ Šķīdums ir apstrādāts ar ultraskaņas laboratorijas homogenizatoru UP100H etilēnglikola (EG) un polivinilpirolidona (PVP) klātbūtnē.

Procedūru

Paraugus sagatavoja šādi:
Paraugiem maisījumi ar 30 ml EG un 5·10^-6mols PVP tika iepriekš apstrādāts ar magnētisko maisīšanu 15 min. Dažādiem paraugiem atšķirīgs Pd(NO daudzums₃)₂ tika pievienots šķīdums, 1,5 ml un 2 ml. Paraugu maisījumi tika sagatavoti ar attiecību 2·10^-3mol Pd(NO₃)₂ paraugā (a) un 2,66·10^-3mol Pd(NO₃)₂ paraugā (b). Abi maisījumi tika apstrādāti ar ultraskaņu 20 ml flakonā, izmantojot zondes tipa ultrasonikatoru. Paraugi tika ņemti pēc ultraskaņas apstrādes laika 30, 60, 90, 120, 150 un 180 min.

Eksperimenta rezultātu analīze rāda, ka:

1. Pd(II) sonoķīmiskā reducēšana uz Pd(0) ir atkarīga no ultraskaņas apstrādes laika.

2. Augsta PVP/Pd(II) molārā attiecība izraisa monodispersu pallādija daļiņu veidošanos ar noapaļotu formu un vidējo diametru aptuveni 5nm.

3. Tomēr zemā PVP/Pd(II) molārā attiecība ietver agregātu pallādija nanodaļiņu iegūšanu ar lielu izmēru sadalījumu, kura centrā ir 20nm.

Pallādija (II) jonu reducēšanas sonoķīmiskais ceļš Pd(II) uz pallādija atomiem Pd(0) var pieņemt, ka tas ir šāds:

• (1) Ūdens pirolīze: H₂O → •OH+•H
• (2) Radikālu veidošanos: RH (reducētājs) + •OH(•H) → •R + H₂O(H₂)
• (3) Jonu reducēšana: Pd(II) + reducējošie radikāļi (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
• (4) Daļiņu veidošanās: NPd(0) → Pdn

–> Rezultāts: Atkarībā no PVP/Pd(II) attiecības, disperģēts vai agregēts Pd_N tika iegūti.

Pallādija sonoķīmiskā reducēšana: paraugs a (pa kreisi) satur lielu daudzumu PVP, paraugs b (pa labi) nelielu daudzumu PVP. Ultraskaņas apstrādes laiks ar UP100H: 180 min. Paraugā a redzamas monodisperģētas Pd nano daļiņas, paraugā b apkopotas Pd nano daļiņas. [Nemamča; Rehspringer 2008]

Analīze un rezultāti

UV redzamās absorbcijas analīzes apstiprina saistību starp pallādija(II) jonu sonoķīmisko reducēšanu uz pallādija(0) atomiem un aiztures laiku ultraskaņas laukā. Pallādija(II) jonu reducēšana uz pallādija(0) atomiem progresē, un to var pilnībā panākt, palielinot ultraskaņas apstrādes laiku. Transmisijas elektronmikroskopijas (TEM) mikrografi parāda, ka:

1. 1. Ja tiek pievienots liels PVP daudzums, pallādija jonu sonoķīmiskā reducēšana noved pie monodispersu pallādija daļiņu veidošanās ar sfērisku formu un vidējo diametru aptuveni 5nm.
2. 2. Neliela daudzuma PVP izmantošana ietver pildvielu palādija nanodaļiņu iegūšanu. Dinamiskās gaismas izkliedes (DLS) mērījumi atklāj, ka pallādija nanodaļiņu agregātiem ir liela izmēra sadalījums, kura centrā ir 20nm.