Herstellung von silber-palladiumlegierten Nanopartikeln zur Plasmonischen Katalyse unter sichtbarer Lichtbeleuchtung

Erandi Peiris; Sébastien Hanauer; Kjell Knapas; Pedro H. C. Camargo

doi:10.3791/61712

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Methodenartikel

Herstellung von silber-palladiumlegierten Nanopartikeln zur Plasmonischen Katalyse unter sichtbarer Lichtbeleuchtung

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DOI:

10.3791/61712

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18. August 2020

Erandi Peiris¹ , Sébastien Hanauer¹ , Kjell Knapas¹ , Pedro H. C. Camargo¹

¹Department of Chemistry, University of Helsinki

In diesem Artikel

Zusammenfassung

Hier wird ein Protokoll zur Synthese von Silber-Palladium (Ag-Pd) Legierung Nanopartikel (NPs) auf ZrO₂ unterstützt (Ag-Pd/ZrO₂). Dieses System ermöglicht die Gewinnung von Energie aus sichtbarer Lichtbestrahlung, um molekulare Transformationen zu beschleunigen und zu steuern. Dies wird durch die Nitrobenzolreduktion unter Lichtbestrahlung veranschaulicht, die von Ag-Pd/ZrO₂NPs katalysiert wird.

Zusammenfassung

Lokalisierte Oberflächen-Plasmonresonanz (LSPR) in plasmonischen Nanopartikeln (NPs) kann die Selektivität einer Vielzahl molekularer Transformationen beschleunigen und steuern. Dies eröffnet Möglichkeiten für die Verwendung von sichtbarem oder IR-nahen Licht als nachhaltiger Input für Antriebs- und Kontrollreaktionen, wenn Plasmonische Nanopartikel, die die LSPR-Erregung in diesen Bereichen unterstützen, als Katalysatoren eingesetzt werden. Leider ist dies bei mehreren katalytischen Metallen wie Palladium (Pd) nicht der Fall. Eine Strategie, um diese Einschränkung zu überwinden, ist die Verwendung bimetallischer NPs, die plasmonische und katalytische Metalle enthalten. In diesem Fall kann die LSPR-Erregung im Plasmonischen Metall dazu beitragen, Transformationen, die von der katalytischen Komponente angetrieben werden, zu beschleunigen und zu steuern. Die hier in diesem Verfahren berichtete Methode konzentriert sich auf die Synthese von bimetallischen Silber-Palladium (Ag-Pd) NPs, die auf ZrO₂ (Ag-Pd/ZrO₂) unterstützt werden und als plasmonisch-katalytisches System wirken. Die NPs wurden durch Co-Imprägnierung entsprechender Metallvorläufer auf der ZrO_{2-Unterstützung} vorbereitet, gefolgt von gleichzeitiger Reduktion, die zur Bildung von bimetallischen NPs direkt auf der ZrO_{2-Unterstützung} führte. Die Ag-Pd/ZrO₂ NPs wurden dann als Plasmonische Katalysatoren zur Reduktion von Nitrobenzol unter 425 nm Beleuchtung durch LED-Lampen eingesetzt. Mit Hilfe der Gaschromatographie (GC) kann die Umwandlung und Selektivität der Reduktionsreaktion unter den dunklen und hellen Bestrahlungsbedingungen überwacht werden, was die verbesserte katalytische Leistungsfähigkeit und Kontrolle der Selektivität unter LSPR-Erregung nach der Legierung nicht-plasmonischer Pd mit Plasmonischem Metall Ag demonstriert. Diese Technik kann an eine Breite von molekularen Transformationen und NPs-Zusammensetzungen angepasst werden, was sie für die Charakterisierung der plasmonischen katalytischen Aktivität verschiedener Arten von Katalyse in Bezug auf Umwandlung und Selektivität nützlich macht.

Einleitung

Unter den verschiedenen Anwendungen von Metall-Nanopartikeln (NPs) verdient die Katalyse besondere Aufmerksamkeit. Die Katalyse spielt eine zentrale Rolle in einer nachhaltigen Zukunft, trägt zu weniger Energieverbrauch, besserer Nutzung von Rohstoffen bei und ermöglicht sauberere Reaktionsbedingungen¹^,²^,³^,⁴. So können Fortschritte in der Katalyse Instrumente zur Verbesserung der atomaren Effizienz chemischer Prozesse bereitstellen, die sie sauberer, wirtschaftlicher und umweltfreundlicher machen. Metall-NPs, die Silber (Ag), Gold (Au) oder ....