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

Bu protokol, zirkonyum dioksit üzerinde desteklenen gümüş paladyum alaşımlı nanopartiküllerin sentezini temsil eder. Daha açık renkli dönüşümleri hızlandırmak ve kontrol etmek için görünür ışık ışınlamasından enerji toplamayı kolaylaştırır. Bu yöntem, plazmonik özelliklere sahip olmayan katalitik metallerde hafif üç değerlikli dönüşümleri mümkün kılmak için tek bir parçacık hattının plazmonik ve katalitik özelliklerinin eşleştirilmesine izin verir.

Bu protokol nanokataliz, nanopartikül sentezi ve desteklenen katalizör sentezi hakkında bilgi verebilir. Nanopartikül bileşimlerinde moleküler dönüşümleri sipariş etmek için uygulanabilir. Gümüş paladyum, zirkonyum dioksit nanopartikülleri imal etmek.

Bir gram zirkonyum dioksit içeren 250 mililitrelik bir behere 50 mililitre gümüş nitrat ve 9.71 mililitre potasyum tetrakloroplatinat ekleyin. Çözeltileri, behere 10 mililitre lizin eklemeden önce oda sıcaklığında dakikada 500 devirde beş dakika boyunca kuvvetli manyetik karıştırma altında karıştırın. 20 dakika sonra, karışıma dakikada bir mililitre oranında damla damla 10 mililitre taze hazırlanmış sodyum borohydrid çözeltisi ekleyin.

Karışımı oda sıcaklığında 30 dakika daha karıştırmaya devam edin, ardından reaksiyonun gece boyunca oturmasına izin verin. Ertesi sabah, süspansiyonu birkaç santrifüj tüpü arasında bölün ve katıları santrifüjleme ile karışımdan ayırın. Süpernatanı dikkatlice çıkarın ve tüplere 15 mililitre deiyonize su ekleyin.

Katı tamamen dağılana kadar kuvvetlice çalkalayın, malzemeyi gerektiği gibi tamamen yeniden süspanse etmek için tüpleri bir dakika boyunca bir girdaba yerleştirin. İkinci yıkama için 15 mililitre deiyonize su ve üçüncü yıkama için etanol kullanarak santrifüj yıkamasını ve yeniden süspansiyonu gösterildiği gibi iki kez daha tekrarlayın. Etanolü son yıkamadan çıkardıktan sonra, gümüş zirkonyum dioksit preparatını standart mikroskopi, elementel ve spektroskopik tekniklerle karakterize etmeden önce katıyı 60 santigrat derece fırında 24 saat kurutun.

Gümüş zirkonyum dioksit nanopartikülleri üretmek için, oda sıcaklığında kuvvetli manyetik karıştırma altında bir gram zirkonyum dioksit tozu içeren 250 mililitrelik bir behere 50 mililitre gümüş nitrat ekleyin, behere 10 mililitre lizin ekleyin ve karışımı 20 dakika daha karıştırmaya devam edin. İnkübasyonun sonunda, oda sıcaklığında inkübasyon sırasında 30 dakika boyunca gösterildiği gibi çözeltiye 10 mililitre taze hazırlanmış sodyum borhidrür ekleyin. Katalizörün ayrılması ve saflaştırılması için, çözeltiyi birkaç santrifüj tüpü arasında bölün ve katıları santrifüjleme ile toplayın.

Sıvı fazı dikkatlice çıkarın ve katıların kuvvetli bir şekilde yeniden süspansiyonunu sağlamak için tüplere 15 mililitre deiyonize su ekleyin. Elde edilen çözeltiyi, gösterildiği gibi damıtılmış su ve etanol ile ek bir yıkama için santrifüjleyin. Etanolü çıkardıktan sonra, gümüşleri, zirkonyum dioksiti, nanopartikülleri çeşitli standart mikroskopi, elemental ve spektroskopik tekniklerle karakterize etmeden önce 24 saat boyunca 60 santigrat derece fırında bir katı sürün.

Plazmonik katalizörün ışık aydınlatması altındaki performansını araştırmak için, manyetik bir karıştırma çubuğu ile 25 mililitrelik yuvarlak tabanlı bir şişeye 30 miligram katalizör ekleyin ve izopropil alkol çözeltisi içinde litre başına 0.03 mol nitrobenzen beş mililitre ekleyin. Şişeye 11.22 miligram potasyum hidroksit tozu ekleyin ve reaktörü temizlemek için bu süspansiyonu bir dakika boyunca bir argon akışıyla köpürtün. Temizlemeden hemen sonra, kapalı şişeyi dakikada 500 devirde sıcaklık kontrollü bir manyetik karıştırıcının üzerine 70 santigrat derece yağ banyosuna yerleştirin.

Çözeltiyi ışınlamak için şişeden tam olarak yedi santimetre uzağa yerleştirilmiş 427 nanometre dalga boyuna ve santimetre kare başına 0,5 watt ışık yoğunluğuna sahip dört LED lamba kullanın. Ve reaksiyonun kuvvetli manyetik karıştırma altında 70 santigrat derecede 2,5 saat ilerlemesine izin verin. Kuluçka işleminin sonunda, ışıkları kapatın ve açık reaktörden bir mililitre numune almak için bir şırınga ve bir iğne kullanın.

Ardından, katalizör partikülünü çıkarmak için numuneyi 0,45 mikronluk bir filtreden bir cam kromatografi kanalına süzün. Plazmonik katalizörün performansını araştırmak için, daha hafif radyasyon yokluğunda, analizi gösterildiği gibi, ancak ışıktan korumak için alüminyum folyo ile sarılmış reaksiyon kabı ile gerçekleştirin. Gaz kromatografik analiz için, litre nitrobenzen başına yaklaşık 30 milimol, litre anilin başına 30 milimol ve litre azobenzen başına 30 milimol içeren 10 mililitre izopropil alkol çözeltisi hazırlayın ve standart protokollere göre çözelti üzerinde gaz kromatografisi analizi yapın.

Seçilen yöntem, izopropil alkol, nitrobenzen, anilin ve azobenzene karşılık gelen pikleri gösterildiği gibi minimum alıkonma süresinde ayırabilmelidir. Yöntem seçildikten sonra, izopropil alkol içinde 50, 25, 10, beş ve 2.5 milimolar nitrobenzen, anilin veya azobenzenden oluşan ayrı çözelti setleri hazırlayın. Daha sonra hazırlanan çözeltilerin her birinin bir gaz kromatografisi analizini yapın.

Her kromatogram, izopropil alkole karşılık gelen daha yüksek tepe ve uygun şekilde nitrobenzen, anilin veya azobenzene karşılık gelen alt tepe ile iki tepe sunmalıdır. Her kromatogram için, her bir tepe noktasının alıkonma süresini ve tepe alanını not edin. Ardından, her bir çözücünün konsantrasyonunu belirlemek için kalibrasyon eğrisini izlemek için her bir numunenin konsantrasyona karşı tepe alanını çizin.

Zirkonyum dioksit görünür aralıkta yasaklar göstermez ve bu nedenle herhangi bir fotokatalitik aktiviteye katkıda bulunmamalıdır. Gümüş zirkonyum dioksit nanopartikülleri için 428 nanometre merkezli bir sinyal tespit edilebilirken, gümüş paladyum zirkonyum dioksit nanopartikülleri 413 nanometre merkezli bir tepe gösterir. Elektron mikroskobu ile gümüş paladyum nanopartiküllerini tanımlamak zordur, ancak ortalama partikül boyutu yaklaşık 10 nanometre olan nanopartiküllerin oluşumu, transmisyon elektron mikroskobu ile görselleştirilebilir.

Reaksiyondan sonra, azobenzen ve anilin oluşumu için dönüşüm ve seçici olarak gaz kromatografisi ile ölçülebilir. Katalizörlerin yokluğunda, ışık aydınlatmasının varlığında veya yokluğunda nitrobenzen dönüşümü tespit edilmez. Gümüş zirkonyum dioksit nanopartikülleri için karanlıkta herhangi bir dönüşüm tespit edilmezken, LSPR uyarımı altında% 36'lık bir dönüşüm gözlenir.

Azobenzene karşı% 56'lık bir seçicilik de tespit edilir, bu da gümüşün tek başına LSPR uyarımı altında bu reaksiyonu katalize edebileceğini gösterir. Biyometalik gümüş paladyum, zirkonyum dioksit nanopartikülleri için, karanlık koşullar altında önemli bir dönüşüm tespit edilmemiştir. İlginç bir şekilde, LSPR uyarımı altında dönüşüm, azobenzene karşı% 73'lük bir seçicilik ile% 63'tür, bu da metalik konfigürasyonun sadece LSPR uyarımı altında dönüşümü arttırmakla kalmayıp, aynı zamanda reaksiyonu seçici olarak kontrol etme potansiyelini gösterir.

Reaksiyon, katalitik olarak paladyum tarafından tahrik edilir ve ayrıca görünür ışık ışınlaması altında gümüş ile aptalca güçlendirilir. Bu nedenle, nanopartikül sentezinin kontrol edilmesi ve kataliz için ışık dalga boylarının seçilmesi önemlidir. Katalitik olarak aktif metal paladyum ve plazmonik olarak aktif metal gümüşü, farklı organik reaksiyon türlerini hedeflemek için diğer olası kombinasyonlarla değiştirilebilir.