Сонохимическое восстановление наночастиц палладия

Палладий (Pd) хорошо известен своими каталитическими функциями, но также часто используется в исследованиях материалов и производстве электроники, медицине, очистке водорода и других химических приложениях. С помощью сонохимического пути можно получать как монодисперсные, так и агрегированные наночастицы палладия.

Ультразвуковое производство наночастиц палладия

Немамча и Решпрингер исследовали сонохимическое производство дисперсных и агрегированных наночастиц палладия. Следовательно, Pd(NO₃)₂ Решение было обработано ультразвуком с помощью ультразвукового лабораторного гомогенизатора УП100Ч в присутствии этиленгликоля (ЭГ) и поливинилпирролидона (ПВП).

Процедура

Образцы были подготовлены следующим образом:
Для образцов используются смеси 30 мл EG и 5·10^-6моль ПВП подвергали магнитному перемешиванию в течение 15 мин. Для разных образцов разное количество Pd(NO₃)₂ раствор, 1,5 мл и 2 мл. Образцы смесей готовили с соотношением 2,10^-3мол Pd(NO₃)₂ в образце (a) и 2,66·10^-3мол Pd(NO₃)₂ в образце (b). Обе смеси были обработаны ультразвуком во флаконе объемом 20 мл с помощью ультразвукового аппарата зондового типа. Образцы отбирали через 30, 60, 90, 120, 150 и 180 минут.

Анализ экспериментальных результатов показывает, что:

1. Сонохимическое восстановление Pd(II) до Pd(0) зависит от времени ультразвука.

2. Высокое молярное соотношение PVP/Pd(II) приводит к образованию монодисперсных частиц палладия, имеющих округлую форму и средний диаметр около 5 нм.

3. Однако низкое молярное отношение PVP/Pd(II) предполагает получение агрегатов наночастиц палладия с большим распределением по размерам с центром в 20 нм.

Сонохимический путь восстановления ионов палладия (II) Pd(II) к атомам палладия Pd(0) можно предположить следующее:

• (1) Пиролиз воды: H₂О → •OH+•H
• (2) Образование радикалов: RH (восстановитель) + •OH(•H) → •R + H₂O(H₂)
• (3) Восстановление ионов: Pd(II) + восстановительные радикалы (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
• (4) Образование частиц: NPd(0) → Pdn

–> Результат: В зависимости от соотношения PVP/Pd(II), дисперсный или агрегированный Pd_N были получены.

Сонохимическое восстановление палладия: образец a (слева) содержит большое количество PVP, образец b (справа) низкое количество PVP. Время обработки ультразвуком с УП100Ч: 180 мин. В образце а показаны монодисперсные наночастицы Pd, в образце b агрегированы наночастицы Pd. [Немамча; Rehspringer 2008]

Анализ и результаты

Анализ поглощения в УФ-видимом диапазоне подтверждает связь между сонохимическим восстановлением ионов палладия(II) до атомов палладия(0) и временем удержания в ультразвуковом поле. Восстановление ионов палладия(II) до атомов палладия(0) прогрессирует и может быть полностью достигнуто с увеличением времени ультразвуковой обработки. Микрофотографии просвечивающей электронной микроскопии (ПЭМ) показывают, что:

1. 1. При добавлении большого количества ПВП сонохимическое восстановление ионов палладия приводит к образованию монодисперсных частиц палладия со сферической формой и средним диаметром около 5 нм.
2. 2. Использование небольшого количества ПВП предполагает получение агрегатов наночастиц палладия. Измерения динамического рассеяния света (DLS) показывают, что агрегаты наночастиц палладия имеют большое распределение по размерам с центром в 20 нм.