Sonokemična redukcija paladijevih nanodelcev

Paladij (Pd) je dobro znan po svojih katalitičnih funkcijah, vendar se pogosto uporablja tudi pri raziskavah materialov in proizvodnji elektronike, medicine, čiščenja vodika in drugih kemičnih aplikacij. S sonokemično potjo se lahko proizvedejo mono-dispergirani in agregirani nano delci paladija.

Ultrazvočna proizvodnja paladijevih nanodelcev

Nemamcha in Rehspringer sta raziskala sonokemično proizvodnjo razpršenih in agregiranih nanodelcev paladija. Zato je Pd(NO₃)₂ raztopina je bila ultrazvočno obdelana z ultrazvočnim laboratorijskim homogenizatorjem UP100H v prisotnosti etilen glikola (EG) in polivinilpirolidona (PVP).

Procedura

Vzorci so bili pripravljeni na naslednji način:
Za vzorce mešanice 30 ml EG in 5,10^-6mol PVP so bili predhodno pripravljeni z magnetnim mešanjem 15 minut. Za različne vzorce je različna količina Pd(NO)₃)₂ raztopino, 1,5 ml in 2 ml. Vzorčne mešanice so bile pripravljene v razmerju 2,10^-3mol Pd(NE₃)₂ v vzorcu (a) in 2,66,10^-3mol Pd(NE₃)₂ v vzorcu (b). Obe zmesi sta bili ultrazvočni v 20 ml viali z ultrazvočnim aparatom tipa sonde. Vzorci so bili vzeti po ultrazvočnih časih 30, 60, 90, 120, 150 in 180 min.

Analiza rezultatov eksperimentov kaže, da:

1. Sonokemična redukcija Pd(II) v Pd(0) je odvisna od časa ultrazvočne obdelave.

2. Visoko molarno razmerje PVP/Pd(II) vodi do nastanka monodisperziranih delcev paladija, ki imajo zaobljeno obliko in srednji premer približno 5 nm.

3. Vendar pa nizko molsko razmerje PVP / Pd (II) vključuje pridobivanje agregatov nanodelcev paladija z veliko velikostjo porazdelitve s središčem na 20 nm.

Sonokemična pot redukcije paladijevih (II) ionov Pd(II) do atomov paladija Pd(0) se lahko domneva, da so naslednje:

• (1) Piroliza vode: H₂O → •OH+•H
• (2) Nastajanje radikalov: RH (redukcijsko sredstvo) + •OH (•H) → •R + H₂O(H₂)
• (3) Redukcija ionov: Pd(II) + reducijski radikali (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
• (4) Nastajanje delcev: NPd(0) → Pdn

–> Rezultat: Odvisno od razmerja PVP/Pd(II), razpršeni ali agregirani Pd_N so bili pridobljeni.

Sonokemična redukcija paladija: vzorec a (levo) vsebuje veliko količino PVP, vzorec b (desno) nizko količino PVP. Čas za ultrazvočno razbijanje z UP100H: 180 min. Vzorec a prikazuje mono razpršene Pd nano delce, vzorec b agregirane Pd nano delce. [Nemamcha; Rehspringer 2008]

Analiza in rezultati

UV-vidne absorpcijske analize potrjujejo razmerje med sonokemično redukcijo paladijevih (II) ionov na atome paladija(0) in retencijskim časom v ultrazvočnem polju. Redukcija ionov paladija (II) na atome paladija (0) napreduje in jo je mogoče popolnoma doseči s podaljševanjem časa ultrazvočne razbijanja. Mikrografije transmisijske elektronske mikroskopije (TEM) kažejo, da:

1. 1. Ko dodamo veliko količino PVP, sonokemična redukcija paladijevih ionov povzroči nastanek monodisperziranih paladijevih delcev s sferično obliko in povprečnim premerom približno 5 nm.
2. 2. Uporaba majhne količine PVP vključuje pridobivanje agregatov nanodelcev paladija. Meritve dinamičnega sipanja svetlobe (DLS) kažejo, da imajo agregati paladijevih nanodelcev veliko porazdelitev velikosti s središčem na 20 nm.