Sonokemisk reduktion av palladiumnanopartiklar

Palladium (Pd) är välkänt för sina katalytiska funktioner men används också ofta inom materialforskning och produktion av elektronik, medicin, väterening och andra kemiska tillämpningar. Via sonokemisk väg kan monodispergerade såväl som aggregerade palladiumnanopartiklar produceras.

Ultraljud produktion av palladium nanopartiklar

Nemamcha och Rehspringer har undersökt den sonokemiska produktionen av dispergerade och aggregerade palladiumnanopartiklar. Därför bör en Pd(NO₃)₂ Lösningen har sonikerats med ultraljudslaboratoriets homogenisator UP100H i närvaro av etylenglykol (EG) och polyvinylpyrrolidon (PVP).

Procedur

Proverna bereddes på följande sätt:
För proverna, blandningar av 30 ml EG och 5·10^-6mol PVP förbereddes genom magnetisk omrörning i 15 minuter. För de olika proverna ska olika mängd Pd(NO₃)₂ lösning, 1,5 ml och 2 ml, tillsattes. Provblandningarna bereddes i förhållandet 2,10^-3mol Pd(NEJ₃)₂ i urval (a) och 2,66·10^-3mol Pd(NEJ₃)₂ i urval (b). Båda blandningarna sonikerades i en 20 ml injektionsflaska med hjälp av en ultraljudsapparat av sondtyp. Prover togs efter ultraljudsbehandling tider på 30, 60, 90, 120, 150, och 180 min.

Analysen av de experimentella resultaten visar att:

1. Den sonokemiska reduktionen av Pd (II) till Pd (0) beror på ultraljudsbehandling tid.

2. Det höga PVP/Pd(II) molförhållandet leder till bildandet av monodispergerade palladiumpartiklar med en rundad form och en medeldiameter på cirka 5nm.

3. Det låga PVP/Pd(II) molförhållandet innebär emellertid erhållande av aggregat palladiumnanopartiklar med en stor storleksfördelning centrerad vid 20nm.

Den sonokemiska vägen för att reducera palladium (II) joner Pd(II) till palladiumatomer Pd(0) kan antas vara följande:

• (1) Vattenpyrolys: H₂O → •OH+•H
• (2) Radikalbildning: RH (reduktionsmedel) + •OH(•H) → •R + H₂O(H₂)
• (3) Reduktion av joner: Pd(II) + reducerande radikaler (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
• (4) Partikelbildning: NPd(0) → Pdn

–> Resultat: Beroende på PVP/Pd(II)-förhållandet, dispergerad eller aggregerad Pd_N erhölls.

Sonokemisk reduktion av palladium: prov a (vänster) innehåller en hög mängd PVP, prov b (höger) en låg mängd PVP. Ultraljudsbehandling tid med UP100H: 180 minuter Prov a visar monodispergerade Pd nanopartiklar, prov b aggregerade Pd nanopartiklar. [Nemamcha; Rehspringer 2008]

Analys och resultat

De UV-synliga absorptionsanalyserna bekräftar sambandet mellan den sonokemiska reduktionen av palladium(II)-joner till palladium(0)-atomer och retentionstiden i ultraljudsfältet. Reduktionen av palladium(II) joner till palladium(0) atomer fortskrider och kan uppnås helt med ökande ultraljudsbehandling. Mikrobilderna av transmissionselektronmikroskopi (TEM) visar att:

1. 1. När en hög mängd PVP tillsätts leder den sonokemiska reduktionen av palladiumjoner till bildning av monodispergerade palladiumpartiklar med sfärisk form och en medeldiameter på ca 5nm.
2. 2. Användningen av en liten mängd PVP innebär erhållande av aggregat palladiumnanopartiklar. Mätningarna av dynamisk ljusspridning (DLS) avslöjar att palladiumnanopartiklarna har en stor storleksfördelning centrerad vid 20 nm.