Sonochemická redukcia nanočastíc paládia

Paládium (Pd) je dobre známe svojimi katalytickými funkciami, ale často sa používa aj pri materiálovom výskume a výrobe elektroniky, medicíny, čistenia vodíka a iných chemických aplikácií. Sonochemickou cestou je možné produkovať monodispergované aj agregované nanočastice paládia.

Ultrazvuková výroba nanočastíc paládia

Nemamcha a Rehspringer skúmali sonochemickú produkciu dispergovaných a agregovaných nanočastíc paládia. Preto sa Pd(NO₃)₂ Roztok bol sonikovaný ultrazvukovým laboratórnym homogenizátorom UP100H v prítomnosti etylénglykolu (EG) a polyvinylpyrrolidónu (PVP).

Procedúra

Vzorky boli pripravené nasledovne:
Pre vzorky zmesi 30 ml EG a 5·10^-6mol PVP boli predpripravené magnetickým miešaním po dobu 15 minút. Pre rôzne vzorky rôzne množstvo Pd(NO₃)₂ 1,5 ml a 2 ml. Vzorky zmesí boli pripravené v pomere 2,10^-3mol Pd(NIE₃)₂ vo vzorke (a) a 2,66·10^-3mol Pd(NIE₃)₂ vo vzorke b). Obe zmesi boli sonikované v 20 ml injekčnej liekovke pomocou ultrazvuku typu sondy. Vzorky boli odobraté po sonikácii 30, 60, 90, 120, 150 a 180 minút.

Analýza experimentálnych výsledkov ukazuje, že:

1. Sonochemická redukcia Pd(II) na Pd(0) závisí od času sonikácie.

2. Vysoký molárny pomer PVP/Pd(II) vedie k tvorbe monodispergovaných častíc paládia so zaobleným tvarom a stredným priemerom asi 5 nm.

3. Nízky molárny pomer PVP/Pd(II) však zahŕňa získanie agregátov nanočastíc paládia s veľkou distribúciou veľkosti so stredom na 20 nm.

Sonochemická cesta redukcie iónov paládia (II) Pd(II) na atómy paládia Pd(0) možno predpokladať, že sú tieto:

• (1) Pyrolýza vody: H₂O → •OH+•H
• (2) Tvorba radikálov: RH (redukčné činidlo) + •OH(•H) → •R + H₂O(H₂)
• (3) Redukcia iónov: Pd(II) + redukčné radikály (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
• (4) Tvorba častíc: NPd(0) → Pdn

–> Výsledok: V závislosti od pomeru PVP/Pd(II) rozptýlené alebo agregované Pd_N boli získané.

Sonochemická redukcia paládia: vzorka a (vľavo) obsahuje vysoké množstvo PVP, vzorka b (vpravo) nízke množstvo PVP. Čas na sonikáciu s UP100H: 180 min. Vzorka a zobrazuje mono dispergované nanočastice Pd, vzorka b agregované Pd nano častice. [Nemamcha; Rehspringer 2008]

Analýza a výsledky

Absorpčné analýzy viditeľného UV žiarenia potvrdzujú vzťah medzi sonochemickou redukciou iónov paládia(II) na atómy paládia(0) a retenčným časom v ultrazvukovom poli. Redukcia iónov paládia(II) na atómy paládia(0) postupuje a dá sa úplne dosiahnuť predĺžením času sonikácie. Mikrosnímky transmisnej elektrónovej mikroskopie (TEM) ukazujú, že:

1. 1. Keď sa pridá veľké množstvo PVP, sonochemická redukcia iónov paládia vedie k tvorbe monodispergovaných častíc paládia s guľovitým tvarom a stredným priemerom cca. 5 nm.
2. 2. Použitie malého množstva PVP zahŕňa získanie agregátov nanočastíc paládia. Merania dynamického rozptylu svetla (DLS) odhaľujú, že agregáty nanočastíc paládia majú veľkú distribúciu veľkosti so stredom na 20 nm.