Görünür-Işık Aydınlatması Altında Plazmonik Kataliz için Gümüş-Paladyum Alaşımlı Nanopartiküllerin Hazırlanması

Özet

Burada sunulan ZrO 2 (Ag-Pd/ZrO₂₎üzerinde desteklenen gümüş-paladyum (Ag-Pd) alaşımlı nanopartiküllerin_(NPs) sentezi için bir protokoldür. Bu sistem, moleküler dönüşümleri hızlandırmak ve kontrol etmek için görünür ışık ışınlamadan enerji toplanmasına izin verir. Bu, Ag-Pd/ZrO₂ NPs tarafından katalİze edilen ışık ışınlama altında nitrobenzen azaltma ile gösterilmiştir.

Özet

Plazmon nanopartiküllerde (NP) lokalize yüzey plazmon rezonansı (LSPR) çeşitli moleküler dönüşümlerin seçiciliğini hızlandırabilir ve kontrol edebilir. Bu, bu aralıklarda LSPR ekscitasyonunu destekleyen plazmonik nanopartiküller katalizör olarak kullanılırken reaksiyonları yönlendirmek ve kontrol etmek için sürdürülebilir bir girdi olarak görünür veya neredeyse IR ışığının kullanılması için olanaklar sunar. Ne yazık ki, paladyum (Pd) gibi birkaç katalitik metal için durum böyle değildir. Bu sınırlamayı aşmak için bir strateji plazmonik ve katalitik metaller içeren bimetalik NP'ler istihdam etmektir. Bu durumda, plazmonik metaldeki LSPR çıkarılması, katalitik bileşen tarafından yönlendirilen dönüşümleri hızlandırmaya ve kontrol etmeye katkıda bulunabilir. Burada bildirilen yöntem, plazmonik katalitik bir sistem görevi gören ZrO_2'de (Ag-Pd/ZrO₂₎desteklenen bimetalik gümüş-paladyum (Ag-Pd) NP'lerin sentezine odaklanmaktadır. NP'ler, ZrO 2 desteğine karşılık gelen metal öncüllerinin birlikte emprenye edilmesi ve ardından doğrudan ZrO₂ desteğinde bimetalik NP'lerin oluşumuna yol açan eşzamanlı azaltma ile hazırlanmıştır. Ag-Pd/ZrO₂ NP'ler daha sonra LED lambalar tarafından 425 nm aydınlatmanın altındaki nitrobenzenin azaltılması için plazmonik katalizörler olarak kullanıldı. Gaz kromatografisi (GC) kullanılarak, plazmonik olmayan Pd'yi plazmonik metal Ag ile alaşımladıktan sonra LSPR uyarımı altında gelişmiş katalitik performans ve seçicilik kontrolünü gösteren, karanlık ve açık ışınlama koşulları altında azaltma reaksiyonunun dönüşümü ve seçiciliği izlenebilir. Bu teknik, çok çeşitli moleküler dönüşümlere ve NPs kompozisyonlarına uyarlanabilir, bu da farklı kataliz türlerinin plazmonik katalitik aktivitesinin dönüşüm ve seçicilik açısından karakterizasyonu için yararlı hale getirir.

Giriş

Metal nanopartiküllerin (NPs) çeşitli uygulamaları arasında, kataliz özel ilgiyi hak eder. Kataliz, sürdürülebilir bir gelecekte merkezi bir rol oynar, daha az enerji tüketimine, hammaddelerin daha iyi kullanılmasına katkıda bulunan ve daha temiz reaksiyon koşulları sağlayan^1,2^,3,4. Bu nedenle, katalizdeki ilerleme, kimyasal proseslerin atomik verimliliğini artırmak için araçlar sağlayabilir, bu da onları daha temiz, ekonomik olarak daha uygulanabilir ve daha çevre dostu hale getirebilir. Gümüş (Ag), altın (Au) veya bakırı (Cu) kapsayan meta....

Protokol

1. Ag-Pd/ZrO_{2 NPs} Sentezi

NOT: Bu prosedürde, Ag-Pd'deki Pd mol% 1'e ve ZrO_2'deki Ag-Pd yüklemesi 3 wt.% 'ye karşılık geldi.

1. 250 mL'lik bir kabın içine₁ g ZrO 2 tozu yerleştirin.
2. Oda sıcaklığında güçlü manyetik karıştırma (500 rpm) altında behere 50 mL AgNO₃ (aq)_(0,0059mol/L) ve 9,71 mL K 2 PdCl₄ (aq) (0,00031 mol/L) çözeltisi ekleyin.
3. 10 mL lizin (0,53 M) sulu çözelti ekleyin.
4. Karışımı 20 dakika boyunca kuvvetli karıştırma (500 rpm) altında tutun.
5. 20 dakika sonra, süspansiyona yeni hazırlanmış bir NaBH 4 (aq....

Sonuçlar

Şekil 1A, saf ZrO 2 oksit (solda) ve Ag-Pd/ZrO _{2 NPs} (sağda) içeren katı örneklerin dijital fotoğraflarını göstermektedir. Beyazdan (ZrO_2'de)kahverengiye (Ag-Pd/ZrO₂₎olan bu renk değişimi, Ag-Pd NP'lerin ZrO₂ yüzeyindeki birikmesine ilişkin ilk nitel kanıtları sağlar. Şekil 1B, Ag-Pd/ZrO 2 NP'lerin (mavi iz) yanı sıra ZrO₂ (siyah iz) ve Ag/ZrO_{2 NP'lerden} (kırmızı iz)_UV görünü.......

Tartışma

Bu yöntemde açıklanan bulgular, Pd'nin (veya diğer katalitik ancak plazmonik metalin değil) içsel katalitik aktivitesinin, bimetalik alaşımlı^{NPs 35'te}görünür ışık ışınlama yoluyla LSPR ekscitasyonu ile önemli ölçüde artırılabileceğini göstermektedir. Bu durumda, Ag (veya başka bir plazmonik metal), LSPR ekscitasyonu yoluyla görünür ışık ışınlamasından enerji toplama yeteneğine sahiptir. LSPR eksitasyonu, sıcak yük taşıyıcılarının (sıcak elektronlar ve delikler) ve lokalize ısıtma 5^,14 ,.......

Malzemeler

Bu makalede kullanılan malzemelerin listesi

Ad	Şirket	Katalog numarası	Yorumlar
2-Propanol (susuz,% 99.5)	Sigma-Aldrich	278475	CAS Numarası 67-63-0
Anilin (sentez için)	Sigma-Aldrich	8.22256	CAS Numarası 62-53-3
Azobenzen (% 98)	Sigma-Aldrich	424633	CAS Numarası 103-33-3
Etanol	Honeywell	32221	CAS Numarası 64-17-5
Hidroklorik asit (% 37)	VWR	PRLSMC310066	CAS Numarası 7647-01-0
L-Lizin (kristalize, & ge; % 98.0 (NT))	Sigma-Aldrich	62840	CAS Numarası 56-87-1
Nitrik asit (% 65)	Merck	100456	CAS Numarası 7697-37-2
Nitrobenzen	Sigma-Aldrich	8.06770	CAS Numarası 98-95-3
Potasyum hidroksit	Fisher	10448990	CAS Numarası 1310-58-3
Potasyum tetrakloropalladat (II) (% 98)	Sigma-Aldrich	205796	CAS Numarası 10025-98-6
Gümüş nitrat (ACS reaktifi, > %99,0)	Sigma-Aldrich	209139	CAS Numarası 7761-88-8
Sodyum borohidrür (sentez için ince granül)	Sigma-Aldrich	8.06373	CAS Numarası 16940-66-2
Zirkonyum (IV) oksit (nanopowder, < 100 nm parçacık boyutu (TEM))	Sigma-Aldrich	544760	CAS Numarası 1314-23-4