Sonochemische reductie van palladium nanodeeltjes

Palladium (Pd) staat bekend om zijn katalytische functies, maar wordt ook vaak gebruikt bij materiaalonderzoek en de productie van elektronica, medicijnen, waterstofzuivering en andere chemische toepassingen. Via een sonochemische route kunnen zowel mono gedispergeerde als geaggregeerde palladium nanodeeltjes worden geproduceerd.

Ultrasone productie van Palladium nanodeeltjes

Nemamcha en Rehspringer hebben de sonochemische productie van gedispergeerde en geaggregeerde palladium nanodeeltjes onderzocht. Daarom werd een Pd(NO₃)₂ oplossing is gesoniseerd met de ultrasone laboratoriumhomogenisator UP100H in aanwezigheid van ethyleenglycol (EG) en polyvinylpyrrolidon (PVP).

Procedure

De monsters werden als volgt bereid:
Voor de monsters werden mengsels van 30 ml EG en 5-10 ml EG gebruikt.^-6mol PVP werden gedurende 15 minuten geprepareerd door magnetisch roeren. Voor de verschillende monsters, verschillende hoeveelheid Pd (NO₃)₂ oplossing, 1,5 ml en 2 ml, toegevoegd. De monstermengsels werden bereid met de verhouding 2-10^-3mol Pd(NO₃)₂ in monster (a) en 2,66-10^-3mol Pd(NO₃)₂ in monster (b). Beide mengsels werden gesoneerd in een 20 ml-flacon met behulp van een ultrasone sonde. Er werden monsters genomen na een sonificatietijd van 30, 60, 90, 120, 150 en 180 minuten.

De analyse van de experimentele resultaten laat zien dat:

1. De sonochemische reductie van Pd(II) tot Pd(0) hangt af van de sonificatietijd.

2. De hoge molaire verhouding PVP/Pd(II) leidt tot de vorming van monodisperse palladiumdeeltjes met een afgeronde vorm en een gemiddelde diameter van ongeveer 5 nm.

3. Echter, de lage PVP/Pd(II) molaire verhouding brengt het verkrijgen van aggregaten palladium nanodeeltjes met een grote grootteverdeling gecentreerd op 20nm.

De sonochemische route van het reduceren van palladium (II) ionen Pd(II) aan palladiumatomen Pd(0) kan als volgt worden aangenomen:

• (1) Water pyrolyse: H₂O → -OH+-H
• (2) Radicale vorming: RH (reductiemiddel) + -OH(-H) → -R + H₂O(H₂)
• (3) Vermindering van ionen: Pd(II) + reducerende radicalen (-H, -R) → Pd(0) + R-CHO + H+
• (4) Deeltjesvorming: NPd(0) → Pdn

–> Resultaat: Afhankelijk van de verhouding PVP/Pd(II), gedispergeerd of geaggregeerd Pd_N werden verkregen.

Sonochemische reductie van Palladium: monster a (links) bevat een grote hoeveelheid PVP, monster b (rechts) een kleine hoeveelheid PVP. Sonificatietijd met UP100H: 180 min. Monster a toont mono gedispergeerde Pd nanodeeltjes, monster b geaggregeerde Pd nanodeeltjes. [Nemamcha; Rehspringer 2008]

Analyse en resultaten

De UV-zichtbaarheidsabsorptieanalyses bevestigen het verband tussen de sonochemische reductie van palladium(II)-ionen tot palladium(0)-atomen en de retentietijd in het ultrasone veld. De reductie van palladium(II)ionen tot palladium(0)atomen vordert en kan volledig worden bereikt met toenemende sonificatietijd. De microfoto's van transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) laten zien dat:

1. 1. Wanneer een grote hoeveelheid PVP wordt toegevoegd, leidt de sonochemische reductie van palladiumionen tot de vorming van monodisperse palladiumdeeltjes met een bolvorm en een gemiddelde diameter van ongeveer 5 nm.
2. 2. Het gebruik van een kleine hoeveelheid PVP zorgt voor het verkrijgen van aggregaten palladium nanodeeltjes. De dynamische lichtverstrooiing (DLS) metingen tonen aan dat de palladium nanodeeltjes aggregaten hebben een grote grootteverdeling gecentreerd op 20nm.