可視光照明下におけるプラスモニック触媒のための銀パラジウム合金ナノ粒子の調製

要約

ここで提示される銀パラジウム(Ag-Pd)合金ナノ粒子(NPs)の合成のためのプロトコルはZrO2(Ag-Pd/ZrO2)でサポートされています。可視光照射からエネルギーを収穫し、分子変換を加速・制御するシステムです。これは、Ag-Pd/ZrO₂ NPによって触媒された光照射下でのニトロベンゼン還元によって示される。

要約

局在した表面プラズモン共鳴(LSPR)は、さまざまな分子形変換の選択性を加速および制御することができます。これにより、これらの範囲でLSPR励起を支えるプラズモニックナノ粒子が触媒として採用される場合の反応を駆動し、制御するための持続可能な入力として、可視光または近IR光を使用する可能性が開かれます。残念ながら、パラジウム(Pd)などのいくつかの触媒金属には当てはまりません。この制限を克服する戦略の1つは、プラスモニック金属と触媒金属を含むバイメタルNPを採用することです。この場合、プラスモニック金属中のLSPR励起は、触媒成分によって駆動される加速および制御変換に寄与し得る。本明細書で報告される方法は、プラスモニック触媒系として作用するZrO2(Ag-Pd/ZrO2)で支持されるバイメタル銀パラジウム(Ag-Pd)NPsの合成に焦点を当てている。このNPは、ZrO₂支持に対応する金属前駆体を共含浸させ、続いてZrO2支持体に直接バイメタルNPを形成する同時還元によって調製した。次に、Ag-Pd/ZrO₂ NPを、LEDランプによる425nmの照明下でのニトロベンゼンの還元のためのプラスモニック触媒として使用した。ガスクロマトグラフィー(GC)を用いて、暗色および光照射条件下での還元反応の変換および選択性をモニタリングすることができ、非プラズモニックPdをプラスモニック金属Agで合金化した後のLSPR励起下での触媒性能の向上および制御を実証する。この技術は、幅広い分子変換およびNPs組成物に適応することができ、変換および選択性の点で異なるタイプの触媒反応のプラズモニック触媒活性の特性化に有用である。

概要

金属ナノ粒子(NPs)のいくつかの用途の中で、触媒は特別な注意を払うに値する。触媒は持続可能な未来において中心的な役割を果たし、エネルギー消費の減少、原材料の利用の改善、よりクリーンな反応条件^{1、2、3、4}に貢献する。したがって、触媒の進歩は、化学プロセスの原子効率を高め、よりクリーンで経済的に実行可能で、より環境に優しいツールを提供することができます。銀(Ag)、金(Au)または銅(Cu)を包含する金属NPsは、これらのシステムが局在面プラズモン共鳴(LSPR)励起^{5、6、7、8}を介してナノスケールで光と相互作用するユニークな方法から生じる可視範囲で興味深い光学特性^を表示することができる。これらのNPでは、プラズモニックNPと呼ばれ、LSPRは、電子^{5、6、7、8}....

プロトコル

1. Ag-Pd/ZrO₂ NPsの合成

注: この手順では、Ag-Pd の Pd mol% は 1% に対応し、ZrO₂ の Ag-Pd ローディングは 3 wt.% に対応しました。

1. ZrO₂ パウダー1gを250 mLビーカーに入れます。
2. AgNO 3(aq)(0.0059 mol/L)の50 mLと9.71 mLの_K2PdCl4(aq)(0.00031 mol/L)溶液を室温で激しい磁気攪拌(500 rpm)下でビーカーに加えます。
3. 10 mL のリジン (0.53 M) 水溶液を加えます。
4. 20分間、激しい攪拌(500rpm)下で混合物を保ちます。
5. 20分後、ピペットを使用して、1 mL/minの速度で、新たに調製したNaBH 4(aq)(0.035 M)溶液を滴下して懸濁液10mLに加えます。 プロセス全体を通して懸濁液を撹拌(500 rpm)下に保ちます。
6. 混合物を室温で30分間かき混ぜます。

2. 触媒の分離と精製

1. 懸濁液を遠心管に移....

結果

図1Aは、純粋なZrO2酸化物(左)とAg-Pd/ZrO2のNPs(右)を含む固体試料のデジタル写真を示す。この色の色の変化は白色(ZrO₂₎から茶色(Ag-Pd/ZrO₂₎に変化し、ZrO₂表面でのAg-Pd NPの堆積に関する最初の定性的証拠を提供する。図1Bは、Ag-Pd/ZrO₂ NP(青色トレース)とZrO₂₍黒トレース)およびAg/ZrO₂ NP(赤色の.......

ディスカッション

この方法で説明した知見は、Pdの固有の触媒活性(または他の触媒的な触媒的な金属ではない)が、バイメタル合金^NPs35における可視光照射を介したLSPR励起によって有意に増強できることを示す。この場合、Ag(または別のプラズモニック金属)は、LSPR励起を介して可視光照射からエネルギーを収穫することができる。LSPR励起は、熱電荷キャリア(熱い電子と正孔)と局在?.......

資料

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