Herstellung von silber-palladiumlegierten Nanopartikeln zur Plasmonischen Katalyse unter sichtbarer Lichtbeleuchtung

Zusammenfassung

Hier wird ein Protokoll zur Synthese von Silber-Palladium (Ag-Pd) Legierung Nanopartikel (NPs) auf ZrO₂ unterstützt (Ag-Pd/ZrO₂). Dieses System ermöglicht die Gewinnung von Energie aus sichtbarer Lichtbestrahlung, um molekulare Transformationen zu beschleunigen und zu steuern. Dies wird durch die Nitrobenzolreduktion unter Lichtbestrahlung veranschaulicht, die von Ag-Pd/ZrO₂ NPs katalysiert wird.

Zusammenfassung

Lokalisierte Oberflächen-Plasmonresonanz (LSPR) in plasmonischen Nanopartikeln (NPs) kann die Selektivität einer Vielzahl molekularer Transformationen beschleunigen und steuern. Dies eröffnet Möglichkeiten für die Verwendung von sichtbarem oder IR-nahen Licht als nachhaltiger Input für Antriebs- und Kontrollreaktionen, wenn Plasmonische Nanopartikel, die die LSPR-Erregung in diesen Bereichen unterstützen, als Katalysatoren eingesetzt werden. Leider ist dies bei mehreren katalytischen Metallen wie Palladium (Pd) nicht der Fall. Eine Strategie, um diese Einschränkung zu überwinden, ist die Verwendung bimetallischer NPs, die plasmonische und katalytische Metalle enthalten. In diesem Fall kann die LSPR-Erregung im Plasmonischen Metall dazu beitragen, Transformationen, die von der katalytischen Komponente angetrieben werden, zu beschleunigen und zu steuern. Die hier in diesem Verfahren berichtete Methode konzentriert sich auf die Synthese von bimetallischen Silber-Palladium (Ag-Pd) NPs, die auf ZrO₂ (Ag-Pd/ZrO₂) unterstützt werden und als plasmonisch-katalytisches System wirken. Die NPs wurden durch Co-Imprägnierung entsprechender Metallvorläufer auf der ZrO_{2-Unterstützung} vorbereitet, gefolgt von gleichzeitiger Reduktion, die zur Bildung von bimetallischen NPs direkt auf der ZrO_{2-Unterstützung} führte. Die Ag-Pd/ZrO₂ NPs wurden dann als Plasmonische Katalysatoren zur Reduktion von Nitrobenzol unter 425 nm Beleuchtung durch LED-Lampen eingesetzt. Mit Hilfe der Gaschromatographie (GC) kann die Umwandlung und Selektivität der Reduktionsreaktion unter den dunklen und hellen Bestrahlungsbedingungen überwacht werden, was die verbesserte katalytische Leistungsfähigkeit und Kontrolle der Selektivität unter LSPR-Erregung nach der Legierung nicht-plasmonischer Pd mit Plasmonischem Metall Ag demonstriert. Diese Technik kann an eine Breite von molekularen Transformationen und NPs-Zusammensetzungen angepasst werden, was sie für die Charakterisierung der plasmonischen katalytischen Aktivität verschiedener Arten von Katalyse in Bezug auf Umwandlung und Selektivität nützlich macht.

Einleitung

Unter den verschiedenen Anwendungen von Metall-Nanopartikeln (NPs) verdient die Katalyse besondere Aufmerksamkeit. Die Katalyse spielt eine zentrale Rolle in einer nachhaltigen Zukunft, trägt zu weniger Energieverbrauch, besserer Nutzung von Rohstoffen bei und ermöglicht sauberere Reaktionsbedingungen^1,2,3,4. So können Fortschritte in der Katalyse Instrumente zur Verbesserung der atomaren Effizienz chemischer Prozesse bereitstellen, die sie sauberer, wirtschaftlicher und umweltfreundlicher machen. Metall-NPs, die Silber (Ag), Gold (Au) oder ....

Protokoll

1. Synthese von Ag-Pd/ZrO₂ NPs

HINWEIS: Bei diesem Verfahren entsprach die Pd mol% in Ag-Pd 1%, und die Ag-Pd-Beladung auf ZrO₂ entsprach 3 Gew.%.

1. 1 g ZrO₂ Pulver in ein 250 ml Becherglas geben.
2. 50 ml einer AgNO₃ (aq) (0,0059 mol/L) und 9,71 ml einer K₂PdCl₄ (aq) (0.00031 mol/L) Lösungen zum Becher unter kräftigem magnetischem Rühren (500 U/min) bei Raumtemperatur hinzufügen.
3. 10 ml Lysin (0,53 M) wässrige Lösung hinzufügen.
4. Halten Sie die Mischung unter kräftigem Rühren (500 U/min) für 20 min.
5. Nach 20 min ver....

Ergebnisse

Abbildung 1A zeigt digitale Fotos der festen Proben mit dem reinen ZrO_2-Oxid (links) und den Ag-Pd/ZrO₂ NPs (rechts). Diese Farbänderung von Weiß (in ZrO₂) zu Braun (Ag-Pd/ZrO₂) liefert den ersten qualitativen Beweis für die Abscheidung von Ag-Pd NPs an der ZrO_{2-Oberfläche.} Abbildung 1B zeigt die UV-sichtbaren Absorptionsspektren der Ag-Pd/ZrO₂ NPs (blaue Spur) sowie ZrO₂ (schwarze .......

Diskussion

Die in diesem Verfahren beschriebenen Ergebnisse zeigen, dass die intrinsische katalytische Aktivität von Pd (oder anderem katalytischen, aber nicht plasmonischen Metall) durch LSPR-Erregung durch sichtbare Lichtbestrahlung in bimetallisch legierten NPs³⁵signifikant verstärkt werden kann. In diesem Fall ist Ag (oder ein anderes Plasmonisches Metall) in der Lage, Energie aus der bestrahlung von sichtbarem Licht über LSPR-Erregung zu ernten. Die LSPR-Erregung führt zur Bildung von Heißladungstr.......

Materialien

Name	Company	Catalog Number	Comments
2-Propanol (anhydrous, 99.5%)	Sigma-Aldrich	278475	CAS Number 67-63-0
Aniline (for synthesis)	Sigma-Aldrich	8.22256	CAS Number 62-53-3
Azobenzene (98%)	Sigma-Aldrich	424633	CAS Number 103-33-3
Ethanol	Honeywell	32221	CAS Number 64-17-5
Hydrochloric acid (37%)	VWR	PRLSMC310066	CAS Number 7647-01-0
L-Lysine (crystallized, ≥98.0% (NT))	Sigma-Aldrich	62840	CAS Number 56-87-1
Nitric acid (65%)	Merck	100456	CAS Number 7697-37-2
Nitrobenzene	Sigma-Aldrich	8.06770	CAS Number 98-95-3
Potassium hydroxide	Fisher	10448990	CAS Number 1310-58-3
Potassium tetrachloropalladate (II) (98%)	Sigma-Aldrich	205796	CAS Number 10025-98-6
Silver nitrate (ACS reagent, ≥99.0%)	Sigma-Aldrich	209139	CAS Number 7761-88-8
Sodium borohydride (fine granular for synthesis)	Sigma-Aldrich	8.06373	CAS Number 16940-66-2
Zirconium (IV) oxide (nanopowder, <100 nm particle size (TEM))	Sigma-Aldrich	544760	CAS Number 1314-23-4