Name: ligand-mediated nucleation and growth of palladium metal nanoparticles
Uploaded: 2018-06-25T13:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles at JoVE.com

Arbejdet var primært finansieret af National Science Foundation (NSF), er kemi Division (award antallet CHE-1507370) anerkendt. Ayman M. Karim og Wenhui Li anerkender delvis finansiel støtte af 3M ikke-fastansatte Fakultet Award. Denne forskning anvendes ressourcer af den avancerede Photon kilde (beamline 12-ID-C, bruger forslag GUP-45774), en US Department af energi (DOE) Office of Science bruger Facility drives for DOE Office of Science ved Argonne National Laboratory under Kontraktnr. DE-AC02-06CH11357. Forfatterne vil gerne takke Yubing Lu, en Ph.D. kandidat i Chemical Engineering Department på Virginia Tech for hans venlige hjælp med SAXSA målinger. Det præsenterede arbejde blev delvis henrettet på Center for integreret nanoteknologi, en Office of Science bruger Facility drives for den amerikanske afdeling af Energy (DOE) Office of Science. Los Alamos National Laboratory, en positiv særbehandling lige mulighed for arbejdsgiver, drives af Los Alamos National sikkerhed, LLC, til det nationale nukleare sikkerhed Administration af det amerikanske Department of Energy kontrakt DE-AC52-06NA25396.

1. Pd acetat omkrystallisering
Advarsel: Denne protokol omfatter hands-on operationer med høj temperatur glasvarer og løsning. Bruge personlige værnemidler, herunder briller og varmebestandige handsker. Alle de operationer, der involverer løsning håndtering bør gennemføres i et stinkskab og undgå andre varme kilder i nærheden på grund af egenskaberne ætsende og brændbare vandfrit eddikesyre.
<ol><li>Der tilsættes 40 mL vandfrit eddikesyre i en 50 mL tre hals rund bund kolbe med ...

I denne undersøgelse præsenterede vi en kraftfuld metode til at undersøge virkningen af udjævningen ligander på Nukleering og vækst af metal nanopartikler. Vi syntetiseret Pd nanopartikler i forskellige opløsningsmidler (toluen og pyridin) med Pd acetat som metal forløber og TOP som liganden. Vi brugte i situ SAXSA for at udtrække koncentrationen af reduceret atomer (Nukleering og vækst begivenheder) samt koncentrationen af nanopartikler (Nukleering hændelse), hvor både eksperimentelle observerbare b...

Kontrolleret syntesen af metallisk nanopartikler er af stor betydning på grund af de store applikationer af nanostrukturerede materialer i katalyse, solceller, fotonik, sensorer og drug delivery1,2,3, 4,5. For at syntetisere nanopartikler med specifikke størrelser og størrelse distribution, er det vigtigt at forstå de underliggende mekanisme for partikel Nukleering og vækst. Ikke desto mindre, at opnå nanopartikler med disse kriterier har udfordret nano-syntese Fællesskabet på grund af de langsomme fremskridt i forståelsen af syntese mekanismer og manglen på robust kinetiske modeller fås i litteraturen. I 1950 ' erne, LaMer foreslået en model for Nukleering og vækst af svovl sols, hvor der er et anfald af Nukleering efterfulgt af en diffusion-kontrolleret vækst af kerner6,7. I denne foreslåede model, er det postuleret, at monomer koncentrationen stiger (på grund af en reduktion eller nedbrydning af forstadiet) og når niveauet er over den kritiske supersaturation, energi barriere for partikel Nukleering kan overvindes, resulterer i en brast Nukleering (homogene Nukleering). På grund af den foreslåede brast Nukleering, monomer koncentration dråber og når det falder under niveauet, kritisk supersaturation, at Nukleering stopper. Næste, de dannede kerner er postuleret for at vokse via diffusion af monomerer mod nanopartikler overflade, mens ingen yderligere Nukleering hændelser indtræffer. Dette resulterer i effektivt adskiller Nukleering og vækst i tid og kontrollerende størrelse fordelingen under væksten processen8. Denne model blev brugt til at beskrive dannelsen af forskellige nanopartikler herunder Ag9, Au10, CdSe11og Fe3O412. Men, flere undersøgelser illustreret, klassisk Nukleering teori (CNT) ikke kan beskrive dannelsen af kolloid nanopartikler, navnlig for metallisk nanopartikler hvor overlapning af Nukleering og vækst er observeret1, 13,14,15,16,17. I en af disse undersøgelser etableret Watzky og Finke en to-trins mekanisme for dannelsen af iridium nanopartikler13, hvor en langsom kontinuerlig Nukleering overlapper med en hurtig nanopartikel overflade vækst (hvor væksten er autocatalytic). Den langsomme Nukleering og hurtigt autocatalytic vækst blev også observeret af forskellige former for metal nanopartikler, såsom Pd14,15,18, Pt19,20og Rh21 ,22. Trods de seneste fremskridt i udviklingen af Nukleering og vækst modeller1,23,24,25, rollen, ligander er ofte ignoreres i de foreslåede modeller. Ikke desto mindre er ligander vist sig at påvirke nanopartikler størrelse14,15,26 og morfologi19,27 samt den katalytiske aktivitet og selektivitet28 , 29. For eksempel Yang mfl. 30 kontrolleret Pd nanopartikel størrelse spænder fra 9,5 og 15 nm ved at variere koncentrationen af trioctylphosphine (øverst). I syntesen af magnetiske nanopartikler (Fe3O4) størrelsen mærkbart faldt fra 11 til 5 nm når ligand (octadecylamine) til metal forløber forhold steg fra 1 til 60. Interessant, størrelsen af Pt nanopartikler blev vist sig at være følsomme over for kædelængde af amin ligander (fx., n-hexylamine og octadecylamine), hvor mindre nanopartikel størrelse kunne være opnået ved hjælp af længere kæde (dvs., octadecylamine)31.
Størrelse ændring skyldes forskellige koncentration og forskellige typer af ligander er et klart bevis for bidrag af ligander i Nukleering og vækst kinetik. Desværre få undersøgelser tegnede sig for rollen af ligander, og i disse undersøgelser, flere antagelser var ofte gjort for nemheds skyld, hvilket igen gør disse modeller gælder kun for bestemte betingelser32,33. Mere specifikt udviklet Rempel og kollegaer en kinetiske model til at beskrive dannelsen af quantum dots (CdSe) i nærværelse af udjævningen ligander. Dog i deres undersøgelse antages bindingen af ligand med nanopartikel overflade for at være i ligevægt på ethvert givet tidspunkt32. Denne antagelse måtte holder stik, når ligander er i stort overskud. Vores gruppe for nylig udviklet en ny ligand-baseret model14 , som tegnede sig for bindingen af udjævningen ligander med både forløber (metal komplekse) og overfladen af nanopartikler som reversible reaktioner14. Derudover kunne vores ligand-baseret model potentielt anvendes i andre metal nanopartikel systemer, hvor syntesen kinetik synes at være ramt af tilstedeværelsen af ligander.
I den aktuelle undersøgelse bruger vi vores nyudviklede ligand-baseret model til at forudsige den dannelse og vækst af Pd nanopartikler i forskellige opløsningsmidler herunder toluen og pyridin. Til vores model input, i situ SAXSA blev udnyttet til at opnå koncentrationen af nanopartikler og størrelse distribution under syntesen. Måling af både størrelse og koncentration af partikler, suppleret med kinetic modellering, giver os mulighed at udtrække mere præcise oplysninger om Nukleering og vækst priser. Vi viser yderligere, at vores ligand-baseret model, som udtrykkeligt udgør ligand-metal bindende, er meget intelligent og kan bruges til at designe syntese procedurer at opnå nanopartikler med ønskede størrelser.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="778">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">palladium acetate (Pd(OAc)2)</td>
			<td style="width:203px;">ALDRICH</td>
			<td style="width:119px;">520764</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">anhydrous acetic acid</td>
			<td style="width:203px;">SIAL</td>
			<td style="width:119px;">338826</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">trioctylphosphine</td>
			<td style="width:203px;">ALDRICH</td>
			<td style="width:119px;">718165</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">pyridine</td>
			<td style="width:203px;">MilliporeSigma</td>
			<td style="width:119px;">PX2012-7</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">toluene</td>
			<td style="width:203px;">SIAL</td>
			<td style="width:119px;">244511</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">1-hexanol</td>
			<td style="width:203px;">SIAL</td>
			<td style="width:119px;">471402</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">N8 Horizon SAXS</td>
			<td style="width:203px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;">A32-X1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="23">
			<td height="23" style="height:23px;width:291px;">glovebox</td>
			<td style="width:203px;">Vaccum Atmospheres Co.</td>
			<td style="width:119px;">109035</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">MR HEI-TEC 115V Hotplate</td>
			<td style="width:203px;">Heidolph</td>
			<td style="width:119px;">5053000000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">hotplate Monoblock insert</td>
			<td style="width:203px;">Heidolph</td>
			<td style="width:119px;">5058000800</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">heat-On 25-ml insert</td>
			<td style="width:203px;">Heidolph</td>
			<td style="width:119px;">5058006200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">7 mL vials</td>
			<td style="width:203px;">SUPELCO</td>
			<td style="width:119px;">27518</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">micro stir bar PTFE&#160;</td>
			<td style="width:203px;">VWR</td>
			<td style="width:119px;">58948-353</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">egg-Shaped Bars&#160;</td>
			<td style="width:203px;">Fisherbrand&#8482;&#160;</td>
			<td style="width:119px;">14-512-121</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">25 mL round bottom flasks</td>
			<td style="width:203px;">ALDRICH</td>
			<td style="width:119px;">Z167495</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">quartz capillary</td>
			<td style="width:203px;">Hampton Research</td>
			<td style="width:119px;">HR6-148</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">MATLAB R2016b</td>
			<td style="width:203px;">MathWorks</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">Bruker SAXS 1.0v</td>
			<td style="width:203px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:291px;">Diffrac Measurement Center 4.0v</td>
			<td style="width:203px;">Bruker</td>
			<td style="width:119px;"></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

ligand-mediated nucleation and growth of palladium metal nanoparticles

Størrelse, størrelse distribution og stabilitet af kolloid nanopartikler er stærkt påvirket af tilstedeværelsen af udjævningen ligander. Trods den centrale bidrag af udjævningen ligander under syntese reaktion, forstået deres rolle i reguleringen af Nukleering og vækst satserne for kolloid nanopartikler ikke godt. I dette arbejde, vi vise en mekanistisk undersøgelse af trioctylphosphine (TOP) rolle i Pd nanopartikler i forskellige opløsningsmidler (toluen og pyridin) ved hjælp af i situ SAXSA og ligand-baserede kinetic modellering. Vores resultater på forskellige syntetiske vilkår afsløre overlapningen af Nukleering og vækst af Pd nanopartikler under den reaktion, som modsiger LaMer-type Nukleering og vækst modellen. Modellen står for kinetik af Pd-TOP bindende for både, forløber og partikel overflade, som er afgørende for at fange den størrelse udvikling samt koncentrationen af partikler i situ. Derudover illustrere vi vores ligand-baseret model gennem designe de syntetiske betingelser prædiktive magt at opnå nanopartikler med ønskede størrelser. Den foreslåede metodologi kan anvendes til andre systemer, syntese og derfor fungerer som en effektiv strategi for intelligent syntese af kolloide nanopartikler.

Systematisk undersøge om de takstlofter ligander alter kinetik af Nukleering og vækst, tog vi de to følgende tilgange: (i) bindingen af ligand med metal fandtes ikke i den kinetiske model svarer til tidligere undersøgelser (dvs., Nukleering og autocatalytic vækst) (ii) den reversible binding af udjævningen ligand med forstadiet og overfladen af nanopartikel blev taget i betragtning i modellen (dvs., ligand-baseret model beskrevet i protokollen). Vedrørende Pd synt...

Watch this Scientific Journal Video about Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles at JoVE.com

Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles

Ligand-medieret Nukleering og vækst af Palladium Metal nanopartikler

Hovedformålet med dette arbejde er at belyse rolle udjævningen agenter i at regulere størrelsen af palladium nanopartikler ved at kombinere jegn situ lille vinkel x-ray spredning (SAXSA) og ligand-baserede kinetic modellering.

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

Research

Education

JoVE Journal

JoVE Core

Chemistry

Transition Metals and Coordination Complexes

SCIENTISTS IN ACTION

Synthesis and Characterization of Functionalized Metal-organic Frameworks

Syntese og karakterisering af funktionaliserede Metal-organisk Frameworks

Metal-organic frameworks have attracted extraordinary amounts of research attention, as they are attractive candidates for numerous industrial and ...

Using Polystyrene-block-poly(acrylic acid)-coated Metal Nanoparticles as Monomers for Their Homo- and Co-polymerization

Using Polystyrene-block-polyacrylic acid-coated Metal Nanoparticles as Monomers for Their Homo- and Co-polymerization

Brug af Polystyrene-<em&gt; Blok</em&gt; -poly (Acrylsyre) -belagt Metal Nanopartikler som monomerer til deres homo- og Co-polymerisering

We present a template-free method for &#8220;polymerizing&#8221; nanoparticles into long chains without side branches. A variety of nanoparticles are ...

Reverse Microemulsion-mediated Synthesis of Monometallic and Bimetallic Early Transition Metal Carbide and Nitride Nanoparticles

Omvendt Microemulsion-medieret Syntese af Monometallic og Bimetal Tidlig Transition Metal Carbide og Nitride Nanopartikler

A reverse microemulsion is used to encapsulate monometallic or bimetallic early transition metal oxide nanoparticles in microporous silica shells. The ...

Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-(2-aminoethyl)-3-aminosilanetriol

Generation of Zerovalent Metal Core Nanoparticles Using n-2-aminoethyl-3-aminosilanetriol

Frembringelse af nul-valent metalkerne Nanopartikler anvendelse af N- (2-aminoethyl) -3-aminosilanetriol

In this work, a facile one-pot reaction for the formation of metal nanoparticles in a water solution through the use of ...

Photochemical Oxidative Growth of Iridium Oxide Nanoparticles on CdSe@CdS Nanorods

Fotokemiske oxidative Vækst af Iridium Oxide Nanopartikler på CdSe @ CdS nanorods

We demonstrate a procedure for the photochemical oxidative growth of iridium oxide catalysts on the surface of seeded cadmium selenide-cadmium sulfide ...

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

In Situ Detection and Single Cell Quantification of Metal Oxide Nanoparticles Using Nuclear Microprobe Analysis

In Situ Påvisning og enkelt celle kvantificering af Metal metaloxid bruger nukleare Microprobe analyse

Micro-analytical techniques based on chemical element imaging enable the localization and quantification of chemical composition at the cellular level. ...

Molten-Salt Synthesis of Complex Metal Oxide Nanoparticles

Smeltet Salt syntese af komplekse metaloxid nanopartikler

The development of feasible synthesis methods is critical for the successful exploration of novel properties and potential applications of nanomaterials. ...

Synthesis and Characterization of Amphiphilic Gold Nanoparticles

Syntese og karakterisering af Amphiphilic guld nanopartikler

Gold nanoparticles covered with a mixture of 1-octanethiol (OT) and 11-mercapto-1-undecane sulfonic acid (MUS) have been extensively studied because of ...

Synthesis Method for Cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium Composite Aerogels

Syntesemetode for cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium komposit Aerogels

Here, a method to synthesize cellulose nanofiber biotemplated palladium composite aerogels is presented. Noble metal aerogel synthesis methods often ...

Quantification of Metal Leaching in Immobilized Metal Affinity Chromatography

Kvantificering af metal udvaskning i immobiliseret Metalaffinitets kromatografi

Contamination of enzymes with metals leached from immobilized metal affinity chromatography (IMAC) columns poses a major concern for enzymologists, as ...