Preparação de Nanopartículas de Aliga de prata-paládio para catálise plasmônica sob iluminação de luz visível

Resumo

Apresentado aqui é um protocolo para a síntese de nanopartículas de alossa de prata -paládio (Ag-Pd) suportadas no ZrO₂ (Ag-Pd/ZrO₂). Este sistema permite a colheita de energia da irradiação de luz visível para acelerar e controlar transformações moleculares. Isto é ilustrado pela redução de nitrobenzeno sob irradiação leve catalisada por Ag-Pd/ZrO₂ NPs.

Resumo

A ressonância de plasmon de superfície localizada (LSPR) em nanopartículas plasmônicas (NPs) pode acelerar e controlar a seletividade de uma variedade de transformações moleculares. Isso abre possibilidades para o uso de luz visível ou quase-IR como uma entrada sustentável para conduzir e controlar reações quando nanopartículas plasmônicas que suportam excitação LSPR nessas faixas são empregadas como catalisadores. Infelizmente, este não é o caso de vários metais catalíticos, como o paládio (Pd). Uma estratégia para superar essa limitação é empregar NPs bimetálicos contendo metais plasmônicos e catalíticos. Neste caso, a excitação LSPR no metal plasmônico pode contribuir para acelerar e controlar transformações impulsionadas pelo componente catalítico. O método aqui relatado se concentra na síntese de NPs bimetálicos de prata-paládio (Ag-Pd) suportados no ZrO₂ (Ag-Pd/ZrO₂) que atua como um sistema plasmônico-catallítico. Os NPs foram preparados por co-impregnação de precursores metálicos correspondentes no suporte ZrO₂ seguido de redução simultânea levando à formação de NPs bimetálicos diretamente no suporte ZrO_2. Os NPs Ag-Pd/ZrO₂ foram então usados como catalisadores plasmônicos para a redução de nitrobenzeno sob iluminação de 425 nm por lâmpadas LED. Utilizando cromatografia gasosa (GC), a conversão e seletividade da reação de redução sob as condições de irradiação escura e clara podem ser monitoradas, demonstrando o desempenho catalítico aprimorado e o controle sobre a seletividade sob excitação LSPR após a liga pd não plasmônica com metal plasmônico Ag. Esta técnica pode ser adaptada a uma ampla gama de transformações moleculares e composições de NPs, tornando-a útil para a caracterização da atividade catalítica plasmônica de diferentes tipos de catálise em termos de conversão e seletividade.

Introdução

Entre as diversas aplicações de nanopartículas metálicas (NPs), a catálise merece atenção especial. A catálise desempenha um papel central em um futuro sustentável, contribuindo para o menor consumo de energia, melhor aproveitamento das matérias-primas e possibilitando condições de reação mais limpas^1,2,3,4. Assim, o progresso na catálise pode fornecer ferramentas para aumentar a eficiência atômica dos processos químicos, tornando-os mais limpos, economicamente viáveis e mais ecológicos. NPs metálicos que englobam prata (Ag), ouro (Au) ou co....

Protocolo

1. Síntese de Ag-Pd/ZrO₂ NPs

NOTA: Neste procedimento, o Pd mol% em Ag-Pd correspondeu a 1%, e o carregamento Ag-Pd no ZrO₂ correspondeu a 3 wt.%.

1. Coloque 1 g de ZrO₂ em pó em um béquer de 250 mL.
2. Adicione 50 mL de uma solução AgNO₃ (aq) (0,0059 mol/L) e 9,71 mL de uma solução K₂PdCl₄ (aq) (0,00031 mol/L) ao béquer sob forte agitação magnética (500 rpm) à temperatura ambiente.
3. Adicione 10 mL de solução aquosa de lisina (0,53 M).
4. Mantenha a mistura sob agitação vigorosa (500 rpm) por 20 minutos.
5. Após 20 min, u....

Resultados

A Figura 1A mostra fotografias digitais das amostras sólidas contendo o óxido ZrO₂ puro (esquerda) e os NPs Ag-Pd/ZrO₂ (à direita). Esta mudança de cor de branco (em ZrO₂) para marrom (Ag-Pd/ZrO₂) fornece a evidência qualitativa inicial sobre a deposição de NPs Ag-Pd na superfície ZrO_2. A Figura 1B mostra os espectros de absorção visível UV dos NPs Ag-Pd/ZrO₂ (traço azul), bem como ZrO₂.......

Discussão

Os achados descritos neste método demonstram que a atividade catalítica intrínseca do PD (ou outro metal catalítico, mas não plasmônico) pode ser significativamente aprimorada pela excitação LSPR através da irradiação de luz visível em NPs³⁵bimetálicas . Neste caso, ag (ou outro metal plasmônico) é capaz de colher energia a partir da irradiação de luz visível via excitação LSPR. A excitação LSPR leva à formação de portadores de carga quente (elétrons e orifícios quentes) e aquecimento localizado

Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo

Nome	Empresa	Número de catálogo	Comentários
2-Propanol (anidro, 99,5%)	Sigma-Aldrich	278475	Número CAS 67-63-0
Anilina (para síntese)	Sigma-Aldrich	8.22256	Número CAS 62-53-3
Azobenzeno (98%)	Sigma-Aldrich	424633	Número CAS 103-33-3
Etanol	Honeywell	32221	Número CAS 64-17-5
Ácido clorídrico (37%)	VWR	PRLSMC310066	Número CAS 7647-01-0
L-Lisina (cristalizado, ≥ 98,0% (NT)))	Sigma-Aldrich	62840	Número CAS 56-87-1
Ácido nítrico (65%)	Merck	100456	Número CAS 7697-37-2
Nitrobenzeno	Sigma-Aldrich	8.06770	Número CAS 98-95-3
Hidróxido de potássio	Fisher	10448990	Número CAS 1310-58-3
Tetracloropaladato de potássio (II) (98%)	Sigma-Aldrich	205796	Número CAS 10025-98-6
Nitrato de prata (reagente ACS, etc; 99,0%)	Sigma-Aldrich	209139	Número CAS 7761-88-8
Borohidreto de sódio (granulado fino para síntese)	Sigma-Aldrich	8,06373	Número CAS 16940-66-2
Óxido de zircônio (IV) (nanopó, < Tamanho de partícula de 100 nm (TEM))	Sigma-Aldrich	544760	Número CAS 1314-23-4