可視光照明下におけるプラスモニック触媒のための銀パラジウム合金ナノ粒子の調製

このプロトコルは、二酸化ジルコニウム上に支持された銀パラジウム合金ナノ粒子の合成を表しています。可視光線照射からのエネルギーの収集を容易にし、より多くの光色変換を加速および制御します。この方法により、粒子の単一ラインのプラズモン特性と触媒特性を一致させることで、プラズモン特性を持たない触媒金属の光三価変換が可能になります。

このプロトコルは、ナノ触媒、ナノ粒子合成、および支持触媒合成に関する洞察を得ることができます。ナノ粒子組成物の分子変換の秩序化に適用できます。銀パラジウム、二酸化ジルコニウムナノ粒子を作製すること。

50ミリリットルの硝酸銀と9.71ミリリットルのテトラクロロ白金酸カリウムを、1グラムの二酸化ジルコニウムを含む250ミリリットルのビーカーに追加します。室温で毎分500回転の激しい磁気攪拌で溶液を5分間混合し、ビーカーに10ミリリットルのリジンを加えます。20分後、新たに調製したホウ素水素ナトリウム溶液10ミリリットルを混合物に1分あたり1ミリリットルの割合で滴下します。

室温でさらに30分間混合物を攪拌し続け、その後、反応が一晩沈殿するのを待ちます。翌朝、懸濁液をいくつかの遠心分離チューブに分割し、遠心分離によって混合物から固形物を分離します。上清を慎重に取り除き、チューブに15ミリリットルの脱イオン水を追加します。

固体が完全に分散するまで激しく振とうし、チューブを渦中に1分間置き、必要に応じて材料を完全に再懸濁します。2回目の洗浄に15ミリリットルの脱イオン水を使用し、3回目の洗浄にエタノールを使用して、示されているように、遠心分離洗浄と再懸濁をさらに2回繰り返します。最後の洗浄からエタノールを取り除いた後、固体を摂氏60度のオーブンで24時間乾燥させてから、標準的な顕微鏡法の元素および分光技術によって二酸化銀ジルコニウム調製物の特性を評価します。

銀二酸化ジルコニウムナノ粒子を製造するには、室温で激しく磁気攪拌しながら、1グラムの二酸化ジルコニウム粉末を含む250ミリリットルのビーカーに50ミリリットルの硝酸銀を加え、ビーカーに10ミリリットルのリジンを加え、混合物をさらに20分間攪拌し続けます。インキュベーションの終わりに、室温でのインキュベーション中に30分間実証されたように、新たに調製した水素化ホウ素ナトリウム10ミリリットルを溶液に加えます。触媒の分離および精製のために複数の遠心分離機の管の間で解決を分け、遠心分離によって固体を集めなさい。

液相を慎重に取り除き、チューブに15ミリリットルの脱イオン水を加えて、固体の活発な再懸濁を可能にします。得られた溶液を遠心分離し、蒸留水でさらに1回、エタノールで1回洗浄します。エタノールを除去した後、60°Cのオーブンで固体を24時間駆動した後、銀、二酸化ジルコニウム、ナノ粒子をさまざまな標準的な顕微鏡、元素、および分光技術で特徴付けます。

光照明下でのプラズモン触媒の性能を調べるには、磁気攪拌子を備えた25ミリリットルの丸底フラスコに30ミリグラムの触媒を加え、イソプロピルアルコール溶液に1リットルあたり0.03モルのニトロベンゼンを5ミリリットル加えます。フラスコに11.22ミリグラムの水酸化カリウム粉末を加え、この懸濁液をアルゴン流で1分間泡立てて反応器をパージします。パージ後すぐに、密閉されたフラスコを温度制御されたマグネチックスターラーの上の摂氏70度のオイルバスに毎分500回転で置きます。

フラスコから正確に7センチメートル離れた場所に配置された427ナノメートルの波長と0.5ワット/平方センチメートルの光強度を持つ4つのLEDランプを使用して、溶液を照射します。そして、激しい磁気攪拌の下で摂氏70度で2.5時間反応を進めます。インキュベーションの終わりに、照明を消し、注射器と針を使用して、オープンリアクターから1ミリリットルのサンプルを採取します。

次に、0.45ミクロンのフィルターでサンプルをガラスクロマトグラフィーバイルに濾し、触媒微粒子を除去します。より軽い放射線がない場合のプラズモン触媒の性能を調べるには、今示したように分析を行いますが、反応容器をアルミホイルで包んで光から保護します。ガスクロマトグラフィー分析のために、ニトロベンゼン1リットルあたり約30ミリモル、アニリン1リットルあたり30ミリモル、アゾベンゼン1リットルあたり30ミリモルを含む10ミリリットルのイソプロピルアルコール溶液を調製し、標準プロトコルに従って溶液に対してガスクロマトグラフィー分析を実行します。

選択した分析法は、図示されているように、イソプロピルアルコール、ニトロベンゼン、アニリン、アゾベンゼンに対応するピークを最小の保持時間で分離できる必要があります。方法を選択したら、イソプロピルアルコール中の50、25、10、5、および2.5ミリモルのニトロベンゼン、アニリン、またはアゾベンゼンの溶液の個々のセットを調製します。次に、調製した各溶液のガスクロマトグラフィー分析を実行します。

各クロマトグラムには、高いピークがイソプロピルアルコールに対応し、下のピークがニトロベンゼン、アニリン、またはアゾベンゼンに対応する 2 つのピークを示す必要があります。各クロマトグラムについて、各ピークの保持時間とピーク面積に注意してください。次に、各サンプルの濃度とピーク面積をプロットして検量線をトレースし、各溶媒の濃度を決定します。

二酸化ジルコニウムは可視範囲で禁止を表示しないため、光触媒活性に寄与するべきではありません。銀の二酸化ジルコニウムナノ粒子では428ナノメートルを中心とする信号を検出でき、銀パラジウム二酸化ジルコニウムナノ粒子は413ナノメートルを中心とするピークを示します。銀パラジウムナノ粒子は走査型電子顕微鏡で同定することは困難ですが、平均粒子径が10ナノメートル程度のナノ粒子の形成を透過型電子顕微鏡で可視化することができます。

反応後、アゾベンゼンおよびアニリンの形成のための変換および選択的には、ガスクロマトグラフィーによって測定することができる。触媒がない場合、光照明の有無にかかわらずニトロベンゼン変換は検出されません。銀ジルコニウム二酸化物ナノ粒子の場合、暗所では変換は検出されませんが、LSPR励起では36%の変換が観察されます。

アゾベンゼンに対する56%の選択性も検出され、銀のみがLSPR励起下でこの反応を触媒できることを示しています。バイオメタリック銀、パラジウム、二酸化ジルコニウム、ナノ粒子については、暗い条件下では有意な変換は検出されません。興味深いことに、LSPR励起下では、アゾベンゼンに対する転化率は63%で、アゾベンゼンに対する選択性は73%であり、LSPR励起下での転化率を増加させるだけでなく、反応を選択的に制御する金属配置の可能性を示しています。

反応は、パラジウムによって触媒的に駆動され、さらに可視光線照射下で銀によってモロ的に増強されます。そのため、ナノ粒子の合成を制御し、触媒作用のための光の波長を選択することが重要です。触媒活性金属パラジウムとプラズモン活性金属銀は、異なるタイプの有機反応を標的とするために、他のタイプの可能な組み合わせに置き換えることができる。