Name: Nucleação e Crescimento Mediado por Ligante de Nanopartículas de Paládio Metálico (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2018-06-25T13:00:00.000+00:00
Duration: 11 min 54 s
Description: Explore a síntese preditiva de nanopartículas de paládio usando SAXS in situ e modelagem cinética baseada em ligantes. Este método permite controlar o tamanho das nanopartículas em tempo real para aplicações em catálise.

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O trabalho foi principalmente financiado pela National Science Foundation (NSF), divisão de química (prêmio número-1507370) é reconhecido. Ayman M. Karim e Wenhui Li reconhecem apoio financeiro parcial pela 3M Non-Tenured professores Award. Esta pesquisa utilizou recursos da fonte de fótons avançada (trajetória proposta 12-ID-C, usuário GUP-45774), uma facilidade do Estados Unidos Departamento de energia (DOE) escritório de ciência usuário operado para o escritório da ciência DOE, pelo Laboratório Nacional Argonne, sob contrato n º DE-AC02-06CH11357. Os autores gostaria de agradecer Yubing Lu, Doutorando na Universidade Virginia Tech, no departamento de engenharia química por sua gentil ajuda com as medições de SAXS. O trabalho apresentado foi parcialmente executado no centro para nanotecnologias integradas, uma instalação de usuário do Office da ciência operado para o escritório dos Estados Unidos Departamento de energia (DOE) da ciência. Laboratório nacional de Los Alamos, um empregador de oportunidades iguais de ação afirmativa, é operado pela segurança nacional de Los Alamos, LLC, para a administração nacional de Segurança Nuclear do departamento de energia dos EUA, sob contrato DE-AC52-06NA25396.

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</ol>

Não há nenhum conflito de interesses ao relatório.

Neste estudo, apresentamos uma metodologia poderosa para examinar o efeito de nivelamento ligantes na nucleação e crescimento de nanopartículas de metal. Nós sintetizado nanopartículas de Pd em diferentes solventes (tolueno e piridina) usando acetato de Pd como o precursor do metal e TOP como o ligante. Usamos em situ SAXS para extrair a concentração de átomos reduzidas (eventos de nucleação e crescimento) bem como a concentração de nanopartículas (evento de nucleação), onde ambos observáveis experimentais foram...

Síntese controlada de nanopartículas metálicas é de grande importância devido as grandes aplicações de materiais nanoestruturados na catálise, fotovoltaica, Fotônica, sensores e drogas entrega1,2,3, 4,5. Para sintetizar as nanopartículas com tamanhos específicos e distribuição de tamanho, é vital para entender o mecanismo subjacente para a nucleação de partículas e o crescimento. Não obstante, obtenção de nanopartículas com tais critérios desafiou a comunidade de nano-síntese devido a lentidão dos progressos na compreensão dos mecanismos de síntese e a falta de modelos cinéticos sólidos disponíveis na literatura. Na década de 1950, LaMer propôs um modelo para a nucleação e crescimento de sols de enxofre, onde há uma explosão de nucleação, seguida por um crescimento controlado por difusão de núcleos6,7. Neste modelo proposto, postula-se que a concentração do monômero aumenta (devido a redução ou a decomposição do precursor) e uma vez que o nível está acima a supersaturação crítica, a barreira de energia para nucleação de partículas pode ser superada, resultando em uma nucleação de explosão (nucleação homogênea). Devido a nucleação de ruptura proposto, as gotas de concentração do monômero e quando cai abaixo do nível crítico de supersaturação, para a nucleação. Em seguida, os núcleos formados são postulados a crescer através da difusão dos monômeros em direção à superfície de nanopartículas, enquanto nenhum nucleação adicional ocorre. Isso resulta em efetivamente separando a nucleação e o crescimento no tempo e controlar a distribuição de tamanho durante o processo de crescimento8. Este modelo foi usado para descrever a formação de nanopartículas diferentes incluindo Ag9, Au10, CdSe11e Fe3O412. No entanto, vários estudos ilustrado que a teoria clássica de nucleação (CNT) não pode descrever a formação de nanopartículas coloidais, em particular para nanopartículas metálicas, onde a sobreposição da nucleação e crescimento é observada1, 13,14,15,16,17. Em um desses estudos, Watzky e Finke estabeleceram um mecanismo de duas etapas para a formação de irídio nanopartículas13, em que um lenta contínua nucleação sobrepõe-se com um crescimento de superfície de nanopartículas rápido (onde o crescimento é autocatalytic). O lenta nucleação e crescimento rápido autocatalytic também foram observados para diferentes tipos de nanopartículas de metal, como Pd14,15,18, Pt19,20e 21 dede Rh ,22. Apesar dos recentes avanços no desenvolvimento de nucleação e crescimento modelos1,23,24,25, o papel de ligantes é muitas vezes ignorados nos modelos propostos. Não obstante, ligantes são mostrados para afetar a nanopartículas tamanho14,15,26 e morfologia19,27 , bem como a atividade catalítica e seletividade28 , 29. por exemplo, Yang et al. 30 controlado o tamanho de nanopartículas de Pd variando entre 9,5 e 15 nm, variando a concentração de trioctylphosphine (parte superior). Na síntese de nanopartículas magnéticas (Fe3O4), o tamanho visivelmente diminuiu de 11 para 5 nm quando o ligante (octadecylamine), a proporção de metal precursor aumentou de 1 para 60. Curiosamente, o tamanho das nanopartículas Pt foi mostrado para ser sensível ao comprimento da cadeia de ligantes de amina (ex., n-hexylamine e octadecylamine), onde o menor tamanho de nanopartículas pode ser obtido usando a cadeia mais longa (i. e., octadecylamine)31.
A alteração de tamanho, causada pela concentração diferente e diferentes tipos de ligantes é uma evidência clara da contribuição de ligantes na cinética nucleação e crescimento. Infelizmente, poucos estudos representaram o papel de ligantes e nestes estudos, vários pressupostos foram muitas vezes feitos por razões de simplificação, que por sua vez, fazem estes modelos apenas aplicável às condições específicas de32,33. Mais especificamente, Rempel e colegas de trabalho desenvolveram um modelo cinético para descrever a formação de pontos quânticos (CdSe) na presença de ligantes de tampar. No entanto, em seu estudo, a ligação do ligante com superfície de nanopartículas é considerada em equilíbrio em qualquer determinado momento32. Esta suposição pode conter verdadeira quando os ligantes são em grande excesso. O nosso grupo desenvolveu recentemente um novo modelo baseado em ligante14 que representou para a ligação de tampar ligantes com o precursor (complexo metálico) e a superfície de nanopartículas como reações reversíveis14. Além disso, nosso modelo baseado em ligante poderia potencialmente ser usado em outros sistemas de nanopartículas de metal, onde a cinética de síntese parece ser afetados pela presença de ligantes.
No estudo atual, usamos nosso modelo baseado em ligante recentemente desenvolvido para prever a formação e o crescimento de nanopartículas de Pd em solventes diferentes, incluindo tolueno e piridina. Para a nossa entrada de modelo, em situ SAXS foi utilizado para obter a concentração de nanopartículas e tamanho distribuição durante a síntese. Medir o tamanho e a concentração de partículas, complementado por modelagem cinética, nos permite extrair informações mais precisas sobre as taxas de nucleação e crescimento. Mais demonstramos que nosso modelo baseado em ligante, que explicitamente esclarece a ligação metal-ligante, é altamente preditivo e pode ser usado para projetar os procedimentos de síntese para obter nanopartículas com tamanhos desejados.

<table><tbody><tr><td>acetato de paládio (Pd(OAc)2)</td><td>ALDRICH</td><td>520764</td><td></td></tr><tr><td>ácido acético anidro</td><td>SIAL</td><td>338826</td><td></td></tr><tr><td>trioctilfosfina</td><td>ALDRICH</td><td>718165</td><td></td></tr><tr><td>piridina</td><td>MilliporeSigma</td><td>PX2012-7</td><td></td></tr><tr><td>tolueno</td><td>SIAL</td><td>244511</td><td></td></tr><tr><td>1-hexanol</td><td>SIAL</td><td>471402</td><td></td></tr><tr><td>N8 Horizon SAXS</td><td>Bruker</td><td>A32-X1</td><td></td></tr><tr><td>porta-luvas</td><td>Vaccum Atmospheres Co.</td><td></td><td></td>109035</tr><tr><td>MR HEI-TEC 115V Placa de aquecimento</td><td>Heidolph</td><td>5053000000</td><td></td></tr><tr><td>Placa de aquecimento Inserção monobloco</td><td>Heidolph</td><td>5058000800</td><td></td></tr><tr><td>heat-On Inserção de 25 ml</td><td>Heidolph</td><td>5058006200</td><td></td></tr><tr><td>frascos de 7 mL</td><td>SUPELCO</td><td>27518</td><td></td></tr><tr><td>micro barra de agitação PTFE&nbsp;</td><td>VWR</td><td>58948-353</td><td></td></tr><tr><td>Barras em Forma de Ovo&nbsp;</td><td>Marca Fisher&trade; &nbsp;</td><td>14-512-121</td><td></td></tr><tr><td>Frascos de fundo redondo de 25 mL</td><td>ALDRICH</td><td>Z167495</td><td></td></tr><tr><td>capilar de quartzo</td><td>Hampton Research</td><td>HR6-148</td><td></td></tr><tr><td>MATLAB R2016b</td><td>MathWorks</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Bruker SAXS 1.0v</td><td>Bruker</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Diffrac Measurement Center 4.0v</td><td>Bruker</td><td></td><td></td></tr></tbody></table>

nucleação e crescimento mediado por ligante de nanopartículas de paládio metálico

Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles

O tamanho, a distribuição de tamanho e a estabilidade de nanopartículas coloidais são grandemente afetadas pela presença de ligantes de tampar. Apesar da principal contribuição tampando ligantes durante a reação de síntese, seu papel na regulação das taxas de nucleação e crescimento de nanopartículas coloidais não é bem compreendido. Neste trabalho, demonstramos uma investigação mecanicista do papel de trioctylphosphine (parte superior) em nanopartículas de Pd em diferentes solventes (tolueno e piridina) usando in situ SAXS e modelagem cinética baseada em ligante. Nossos resultados sob diferentes condições sintéticos revelam a sobreposição de nucleação e crescimento de nanopartículas de Pd durante a reação, o que contradiz o modelo de nucleação e crescimento de LaMer-tipo. O modelo representa a cinética de Pd-TOP vinculativo para ambos, o precursor e a superfície da partícula, que é essencial para capturar a evolução do tamanho, bem como a concentração de partículas em situ. Além disso, ilustramos o poder preditivo do nosso modelo baseado em ligante através de projetar as condições sintéticas para obter nanopartículas com tamanhos desejados. A metodologia proposta pode ser aplicada a outros sistemas de síntese e, portanto, serve como uma estratégia eficaz para preditiva síntese de nanopartículas coloidais.

Para examinar sistematicamente se os ligandos tampando alteram a cinética de nucleação e crescimento, tiramos as seguintes duas abordagens: (i) a ligação do ligante com o metal não foi considerado no modelo cinético semelhante de estudos anteriores (i. e., a nucleação e crescimento autocatalytic) (ii) a ligação reversível do tampando ligante com o precursor e a superfície da nanopartículas foi tida em conta no modelo (i. e., modelo baseado em ligante descrito no protocol...

O objetivo principal deste trabalho é elucidar o papel de tampar agentes na regulação do tamanho das nanopartículas de paládio combinando eun situ espalhamento de raios-x de pequeno ângulo (SAXS) e modelagem cinética baseada em ligante.

Nucleação e Crescimento Mediado por Ligante de Nanopartículas de Paládio Metálico

The size, size distribution and stability of colloidal nanoparticles are greatly affected by the presence of capping ligands. Despite the key contribution ...

A vantagem desta técnica SAXS é que ela pode obter a evolução temporal da distribuição do tamanho das partículas e a concentração real das partículas ao mesmo tempo. Extrair as taxas cinéticas do SAXS é crucial para entender os efeitos dos ligantes de capeamento no mecanismo de crescimento de nucleação de não-partículas de metal coloidal. Modelos cinéticos quimicamente precisos permitem a síntese preditiva de nanopartículas de paládio de tamanhos específicos.Métodos semelhantes podem ser usados para outros metais e óxidos metálicos, minimizando o teste de tentativa e erro de condições sintéticas. Primeiro, adicione 40 mililitros de ácido acético glacial a um frasco de fundo redondo de 50 mililitros e três gargalos contendo 0,75 gramas de acetato de paládio e uma barra de agitação. Equipar o balão com um condensador, tapar os outros gargalos e fixar o balão num acessório de aquecimento sobre uma placa de aquecimento agitada.Abra lentamente a válvula de água do condensador e deixe a água fluir pelo condensador. Agitar a solução a 300 rpm à temperatura ambiente até que o acetato de paládio não se dissolva mais. O que geralmente leva de 10 a 15 minutos.Em seguida, defina a placa de aqu

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Research

JoVE Journal

Chemistry

Química

Dicloro-bis {[1,1 ', 1'' - (phosphinetriyl) tripiperidine]} paládio [(P (NC 5 H 10) 3) 2 Pd (Cl) 2] (1) é um ar acessível, barata, e fácil estável, mas altamente activa de catalisador de Heck com uma excelente tolerância grupo funcional que opera de forma eficiente, sob condições de reacção suaves para dar os produtos de acoplamento com rendimentos muito elevados.

Mizoroki-Heck Reações de acoplamento cruzado catalisado por Dicloro {bis [1,1 &#39;, 1&#39;&#39; - (phosphinetriyl) tripiperidine]} paládio sob condições de reação leves

Devido à importância e ampla utilização de paládio, ouro e cobalto   metais em equipamentos de alta tecnologia, a sua recuperação e reciclagem constituem um importante desafio industrial. O sistema de recuperação de metal aqui descrito é uma low-cost simples, significa para a eficaz detecção, remoção e recuperação destes metais da mina urbana.

Detecção e recuperação de paládio, do ouro e cobalto Metais da Mina Urbana Usando novos sensores / adsorventes Designados com poros em nanoescala em forma de roda de carroça

Um novo método para síntese de nanopartículas de núcleo metálico usando um silanol estável em água é descrito.

Geração de valência zero Metal Core nanopartículas utilizando N- (2-aminoetil) -3-aminosilanetriol

Um protocolo para a síntese de nanopartículas bimetálicas em líquidos iônicos e o procedimento de seus testes catalíticos na hidrogenação seletiva de aldeídos insaturados são descritos.

Síntese de Nanopartículas Bimetálicas à Base de Pt/Sn em Líquidos Iônicos

Para uma síntese contínua e escalável de nanocompósitos baseados em metal-nobre, é desenvolvido um reator fotocatalítico romance e sua estrutura, princípios de operação e estratégias de otimização de qualidade de produto são descritas.

Um reator de fluxo contínuo fotocatalítico para a deposição controlada precisamente de nanopartículas metálicas

Um método da síntese para Aerogels compostos biotemplated do paládio do nanofibras da celulose é apresentado. Os materiais compostos resultantes do aerogel oferecem o potencial para aplicações da catálise, da detecção, e do armazenamento do gás do hidrogênio.

Método de síntese para celulose Nanofiber Biotemplated paládio composto Aerogéis

Um protocolo para o photodeposição anisotrópica do paládio em Nanorods aqueously-suspendidos do au através da excitação localizada da superfície do Plasmon é apresentado.

Fotodeposição de PD em au Nanorods coloidal pela excitação de superfície Plasmon

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.

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

O controle de temperatura durante experimentos de microscopia eletrônica em fase líquida abre novas perspectivas de estudar a dinâmica das nanopartículas em ambientes líquidos imitando sua formação ou mídia de aplicação. Usando células líquidas de aquecimento recentemente desenvolvidas, observamos diretamente a influência da temperatura nos processos de nucleação e crescimento de nanopartículas de ouro na água.

Estudando os efeitos da temperatura na nucleação e crescimento de nanopartículas por microscopia eletrônica de transmissão de células líquidas

Este protocolo mostra um método conveniente para comparar as propriedades catalíticas dos catalisadores de platina suportados, sintetizados pela deposição de coloides nanosized ou por impregnação. A hidrogenação do ciclohexeno serve como uma reação modelo para determinar a atividade catalítica dos catalisadores.

Reações catalíticas em nanopartículas de platina estabilizadas e livres de ligante suportadas em Titânia durante a hidrogenação de Alkenes e Aldehydes

Explore a síntese preditiva de nanopartículas de paládio usando SAXS in situ e modelagem cinética baseada em ligantes. Este método permite controlar o tamanho das nanopartículas em tempo real para aplicações em catálise.

Nucleação e Crescimento Mediado por Ligante de Nanopartículas de Paládio Metálico

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