Paladyum Nanopartiküllerinin Sonokimyasal İndirgenmesi

Palladyum (Pd), katalitik özellikleriyle iyi bilinir ve ayrıca malzeme araştırmaları, elektronik üretimi, tıp, hidrojen saflaştırma ve çeşitli kimyasal uygulamalarda yaygın olarak kullanılır. Sonokimyasal bir yöntem kullanılarak, PVP/Pd oranı ayarlanarak paladyum parçacıklarının boyutu ve morfolojisi kontrol edilebilir. Bu, çok ince, tek dağılımlı nanoparçacıkların veya daha büyük paladyum agregatlarının ultrasonik sentezini mümkün kılar ve parçacık boyutlarının optimum katalitik performans için özelleştirilmesine olanak tanır.

Paladyum Nanopartiküllerin Ultrasonik Üretimi

Ultrasonik paladyum nanoparçacık indirgemesi, akustik kavitasyon yoluyla yerel olarak yüksek enerjili koşullar yaratarak ve çözeltideki indirgeyici radikalleri kullanarak Pd(0) nanoparçacıklarına ulaşmak için hızlı ve reaktif tasarrufu sağlayan bir yöntem sunar; bu sayede paladyum iyonları, geleneksel yüksek sıcaklık işlemlerine gerek kalmadan indirgenebilir.
En önemli avantajlardan biri proses kontrolüdür: sonikasyon süresi ve PVP/Pd oranı gibi stabilizatör konsantrasyonu, ürünün yaklaşık 5 nm boyutunda iyi dağılmış, yuvarlak nanopartiküller mi yoksa yaklaşık 20 nm boyutunda daha büyük agregalar mı oluşturacağını etkileyebilir; bu durum endüstriyel açıdan önemlidir çünkü katalizde paladyumun performansı, partikül boyutu, morfolojisi, dağılımı ve yüzey alanına büyük ölçüde bağlıdır. Paladyum nanopartiküller, heterojen katalizörler, elektrokatalizörler ve fonksiyonel malzemeler olarak yaygın bir şekilde değerli olduğundan, ultrasonik indirgeme, nispeten ılımlı sıvı faz koşulları altında ince dağılmış Pd katalizörleri üretmek için caziptir; bu, kimyasal sentez, çevresel kataliz, yakıt hücresi teknolojileri ve yüksek katalitik aktivite ile verimli asil metal kullanımının ekonomik açıdan önemli olduğu diğer süreçler için potansiyel faydalar sağlar.

Nemamcha ve Rehspringer (2008), dağınık ve kümelenmiş paladyum nanopartiküllerinin sonokimyasal üretimini araştırmışlardır. Bu amaçla, bir Pd(NO₃)₂ çözeltisi, etilen glikol (EG) ve polivinilpirolidon (PVP) varlığında UP100H model ultrasonik laboratuvar homojenizörü ile sonikasyona tabi tutulmuştur.

Numune Hazırlama Prosedürü

Örnekler aşağıdaki gibi hazırlandı:
Numuneler için 30 mL EG ve 5·10 karışımları^-6PVP’nin mol’u, manyetik karıştırma altında 15 dakika boyunca hazırlandı. Farklı numuneler için, 1,5 mL ve 2 mL olmak üzere farklı miktarlarda Pd(NO₃)₂ çözeltisi ilave edildi. Numune karışımları, 2·10^-3(a) numaralı numunede mol Pd(NO₃)₂ ve 2,66·10^-3(b) numaralı numunede mol Pd(NO₃)₂. Her iki karışım da prob tipi bir ultrasonik cihaz kullanılarak 20 mL’lik bir şişede ultrasonik işleme tabi tutuldu. Numuneler, 30, 60, 90, 120, 150 ve 180 dakikalık ultrasonik işlem sürelerinin ardından alındı.

Deneysel sonuçların analizi şunu göstermektedir:

1. Pd (II) 'nin Pd (0) 'a sonokimyasal indirgenmesi, sonikasyon süresine bağlıdır.

2. Yüksek PVP/Pd(II) molar oranı, yuvarlak bir şekle ve yaklaşık 5 nm ortalama çapa sahip monodispers paladyum parçacıklarının oluşumuna yol açar.

3. Bununla birlikte, düşük PVP / Pd (II) molar oranı, 20nm'de merkezlenmiş büyük bir boyut dağılımına sahip agrega paladyum nanopartiküllerinin elde edilmesini içerir.

---

Paladyum (II) iyonlarını indirgemenin sonokimyasal yolu Pd(II) paladyum atomlarına Pd(0) aşağıdaki gibi varsayılabilir:

• (1) Suyun pirolizi: H₂O → •OH + •H
• (2) Radikal oluşumu: RH (İndirgeyici) + •OH(•H) → •R + H₂O(H₂)
• (3) İyon indirgeme: Pd(II) + indirgeyici radikaller (•H, •R) → Pd(0) + R•CHO + H+
• (4) Parçacık oluşumu: NPd(0) → Pdn

Sonuç: PVP/Pd(II) oranına bağlı olarak, dağınık veya toplanmış Pd_N elde edildi.

Analiz ve Sonuçlar

UV görünür absorpsiyon analizleri, paladyum (II) iyonlarının paladyum (0) atomlarına sonokimyasal indirgenmesi ile ultrasonik alanda tutma süresi arasındaki ilişkiyi doğrular. Paladyum (II) iyonlarının paladyum (0) atomlarına indirgenmesi ilerler ve artan sonikasyon süresi ile tamamen elde edilebilir. Transmisyon elektron mikroskobunun (TEM) mikrografları şunu göstermektedir:

1. Yüksek miktarda PVP eklendiğinde, paladyum iyonlarının sonokimyasal indirgenmesi, küresel şekilli ve ortalama çapı yaklaşık 5 nm olan monodispers paladyum parçacıklarının oluşmasına yol açar.
2. Az miktarda PVP kullanılması, paladyum nanopartiküllerinin agregatlarının elde edilmesini sağlar. Dinamik ışık saçılımı (DLS) ölçümleri, paladyum nanopartikül agregatlarının 20 nm’de yoğunlaşan geniş bir boyut dağılımına sahip olduğunu ortaya koymaktadır.