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

Het werk werd hoofdzakelijk gefinancierd door de National Science Foundation (NSF), wordt chemie Division (award nummer CHE-1507370) erkend. Ayman M. Karim en Wenhui Li erkennen gedeeltelijke financiële ondersteuning door 3M niet-zelfstandig Award van de faculteit. Dit onderzoek gebruikte bronnen van de geavanceerde Photon bron (beamline 12-ID-C, gebruiker voorstel GUP-45774), een Amerikaanse Department of Energy (DOE) Office van wetenschap gebruiker faciliteit geëxploiteerd voor de DAMHINDE Office of Science door Argonne National Laboratory onder Contract nr. DE-AC02-06CH11357. De auteurs bedank Yubing Lu, een Ph.D. kandidaat in het departement chemische ingenieurstechnieken op Virginia Tech voor zijn vriendelijke hulp met de SAXS metingen. Het gepresenteerde werk werd deels uitgevoerd in het midden voor geïntegreerde nanotechnologieën, een Office van wetenschap gebruiker faciliteit geëxploiteerd voor de US Department of Energy (DOE) Office of Science. Los Alamos National Laboratory, een bevestigende actie gelijke kans werkgever, wordt beheerd door Los Alamos National Security, LLC, voor de nationale nucleaire Security Administration van het U.S. Department of Energy onder contract DE-AC52-06NA25396.

1. Pd acetaat herkristallisatie
Let op: Dit protocol omvat hands-on activiteiten met hoge temperatuur glaswerk en oplossing. Gebruik van persoonlijke beschermingsmiddelen met inbegrip van bril en hittebestendige handschoenen. Alle de operaties met betrekking tot oplossing behandeling moeten worden uitgevoerd in een zuurkast en voorkomen van andere bronnen van de verwarming in de buurt als gevolg van de ontvlambare en bijtende eigenschappen van watervrij azijnzuur.
<ol><li>Voeg 40 mL watervri...

In deze studie presenteerden we een krachtige methode om de gevolgen van de aftopping van liganden op de nucleatie en groei van metalen nanodeeltjes kan onderzoeken. We gesynthetiseerd Pd nanodeeltjes in verschillende oplosmiddelen (tolueen en pyridine) met Pd acetaat als de voorloper van de metalen en de TOP als het ligand. We gebruikten in situ SAXS uitpakken van de concentratie van verminderde atomen (nucleatie en groei gebeurtenissen) en de concentratie van nanodeeltjes (nucleatie event), waar beide experime...

Gecontroleerde synthese van metalen nanodeeltjes is van groot belang als gevolg van de grote toepassingen van nanogestructureerde materialen in katalyse, fotovoltaïsche, fotonica, sensoren en drug delivery1,2,3, 4,5. Om te synthetiseren nanoparticles met bepaalde papierformaten en grootteverdeling, is het essentieel om te begrijpen van het onderliggende mechanisme voor het deeltje nucleatie en groei. Echter het verkrijgen van nanodeeltjes met dergelijke criteria heeft uitgedaagd de nano-synthese Gemeenschap als gevolg van de trage vooruitgang in het begrip van de mechanismen van de synthese en het gebrek aan robuuste kinetische modellen beschikbaar zijn in de literatuur. In de jaren 1950, LaMer voorgesteld een model voor de nucleatie en groei van zwavel sols, wanneer er een package-burst nucleatie gevolgd door een diffusie-gecontroleerde groei van kernen6,7. In dit voorgestelde model, het is gepostuleerd dat de monomeer-concentratie (als gevolg van de vermindering of de ontbinding van de voorloper stijgt) en zodra het niveau boven de kritische oververzadiging, de energie barrière voor deeltje nucleatie kan worden overwonnen, wat resulteert in een burst nucleatie (homogene nucleatie). Als gevolg van de voorgestelde burst nucleatie, het monomeer concentratie druppels en wanneer het onder het niveau van de kritische oververzadiging daalt, stopt de nucleatie. Vervolgens zijn de gevormde kernen gepostuleerd groeien via de verspreiding van monomeren naar de oppervlakte van nanodeeltjes, terwijl geen extra nucleatie gebeurtenissen plaatsvinden. Dit resulteert in effectief scheiding van de nucleatie en groei in de tijd en de controle van de grootteverdeling tijdens de groei proces8. Dit model werd gebruikt voor het beschrijven van de vorming van verschillende nanodeeltjes Ag9, Au10, CdSe11, alsmede Fe3O412. Echter, verschillende studies geïllustreerd dat de klassieke nucleatie theorie (CNT) kan niet beschrijven de vorming van colloïdale nanodeeltjes, in het bijzonder voor metalen nanodeeltjes waar de overlapping van de nucleatie en groei is waargenomen van1, 13,14,15,16,17. Een van die studies, Watzky en Finke gevestigd een mechanisme in twee fasen voor de vorming van iridium nanodeeltjes13, waarin een langzame continu nucleatie met een snelle nanoparticle oppervlakte groei overlapt (waar groei is autocatalytic). De langzame nucleatie en snel autocatalytic groei werden ook waargenomen voor verschillende soorten metalen nanodeeltjes, zoals Pd14,15,18, Pt19,20en Rh21 ,22. Ondanks de recente vooruitgang bij de ontwikkeling van de nucleatie en groei modellen1,23,24,25, de rol van de liganden wordt vaak genegeerd in de voorgestelde modellen. Niettemin, liganden worden weergegeven op de nanodeeltjes grootte14,15,26 en morfologie19,27 , evenals de katalytische activiteit en selectiviteit28 , 29. bijvoorbeeld Yang et al. 30 gecontroleerd de Pd nanoparticle grootte variërend van 9,5 en 15 nm door het variëren van de concentratie van trioctylphosphine (boven). In de synthese van magnetische nanodeeltjes (Fe3O4), de grootte aanzienlijk daalde van 11 tot 5 nm bij de ligand (octadecylamine), de voorloper van de metalen verhouding verhoogd van 1 tot 60. Interessant is dat de grootte van Pt nanodeeltjes bleek te zijn gevoelig voor de ketenlengte van amine liganden (bv., n-hexylamine en octadecylamine), waar de nanoparticle kleiner kan worden verkregen met behulp van langere ketting (dwz., octadecylamine)31.
De grootte wijziging veroorzaakt door verschillende concentratie en verschillende soorten de liganden is een duidelijk bewijs voor de bijdrage van liganden in de kinetiek nucleatie en groei. Helaas weinig studies tekende voor de rol van liganden, en in deze studies, diverse veronderstellingen werden vaak gemaakt omwille van de eenvoud, die op hun beurt deze modellen alleen van toepassing op specifieke voorwaarden32,33 maken. Meer in het bijzonder, Rempel en collega's een kinetische model ontwikkeld om te beschrijven de vorming van quantumdots (CdSe) in het bijzijn van de aftopping van de liganden. Echter in hun studie, wordt de binding van het ligand met nanoparticle oppervlak uitgegaan bij evenwicht op een bepaald moment32. Deze veronderstelling kan waar houden wanneer de liganden in grote overmaat zijn. Onze fractie heeft onlangs een nieuwe ligand-gebaseerde model14 dat goed voor de binding van liganden met zowel de voorloper (metaal complexe) en het oppervlak van nanoparticle als omkeerbare reacties14aftopping ontwikkeld. Bovendien, onze ligand gebaseerde model kan potentieel worden gebruikt in andere metalen nanoparticle systemen, waarbij de synthese-kinetiek lijken te worden beïnvloed door de aanwezigheid van de liganden.
In de huidige studie gebruiken wij onze nieuw ontwikkelde ligand gebaseerde model om te voorspellen de vorming en groei van Pd nanodeeltjes in verschillende oplosmiddelen zoals tolueen en pyridine. Voor onze inbreng model, in situ SAXS werd gebruikt om de concentratie van nanodeeltjes en grootte distributie tijdens de synthese. Meten van zowel de grootte en de concentratie van deeltjes, aangevuld met kinetische modelleren, stelt ons in staat om uit te pakken meer precieze informatie over de tarieven nucleatie en groei. We verder aantonen dat onze ligand-gebaseerde model, die expliciet is goed voor de binding van het ligand-metal, zeer voorspellende is en kan worden gebruikt voor het ontwerpen van de synthese-procedures voor het verkrijgen van nanodeeltjes met gewenste maten.

<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

De grootte, de grootteverdeling en de stabiliteit van colloidale nanodeeltjes worden sterk beïnvloed door de aanwezigheid van de aftopping van de liganden. Ondanks de belangrijke bijdrage van de aftopping van liganden tijdens de synthese reactie, hun rol bij de regulering van de tarieven van het nucleatie en groei van colloïdale nanodeeltjes niet goed wordt begrepen. In dit werk, tonen we een mechanistisch onderzoek naar de rol van trioctylphosphine (boven) in Pd nanodeeltjes in verschillende oplosmiddelen (tolueen en pyridine) met behulp van in situ SAXS en ligand gebaseerde kinetische modellering. Onze resultaten onder verschillende synthetische omstandigheden onthullen de overlapping van nucleatie en groei van Pd nanodeeltjes tijdens de reactie, die in tegenspraak is met de LaMer-type nucleatie en groei-model. Het model is goed voor de kinetiek van Pd-TOP bindend voor zowel de voorloper en het oppervlak van de deeltjes, die essentieel is om te vangen, de evolutie van de grootte, evenals de concentratie van deeltjes in situ. Bovendien, illustreren we de voorspellende kracht van onze ligand-gebaseerde model door het ontwerpen van de synthetische voorwaarden te verkrijgen van nanodeeltjes met gewenste maten. De voorgestelde methodologie kan worden toegepast op andere systemen van synthese en daarom dient als een effectieve strategie voor voorspellende synthese van colloïdale nanodeeltjes.

Om systematisch nagaan of de overkoepelende liganden de kinetiek van nucleatie en groei veranderen, namen we de twee volgende benaderingen: (i) de binding van het ligand met het metaal werd niet beschouwd als in de kinetische model vergelijkbaar met eerdere studies (dwz., de nucleatie en groei van de autocatalytic) (ii) de reversibele binding van de aftopping ligand met de voorloper en het oppervlak van de nanoparticle werd rekening gehouden in het model (dwz., ligand ge...

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-gemedieerde nucleatie en groei van Palladium metalen nanodeeltjes

Het belangrijkste doel van dit werk is het ophelderen van de rol van de aftopping van de agenten bij het reguleren van de grootte van palladium nanodeeltjes door het combineren van ikn situ kleine hoek x-ray scattering (SAXS) en ligand gebaseerde kinetische 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

Synthese en karakterisering van gefunctionaliseerde metaal-organische roosters

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

Met behulp van polystyreen<em&gt; Block</em&gt; Poly (acrylzuur) -gecoate Metal Nanodeeltjes als monomeren voor hun homo- en co-polymerisatie

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

Reverse-micro-emulsie gemedieerde synthese van monometallische en bimetaal Vroege Transition Metal Carbide en nitride Nanodeeltjes

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

Generatie nulwaardige metalen kern Nanodeeltjes gebruikmaking van 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

Fotochemische oxidatieve groei van Iridium Oxide Nanodeeltjes op 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 Detectie en eencellige kwantificering van metaaloxide nanodeeltjes met behulp van nucleaire 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

Gesmolten-zout synthese van complexe metaaloxide nanodeeltjes

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

Synthese en karakterisering van amphiphilic goud nanodeeltjes

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

Synthesemethode voor cellulose nano vezel Biotemplated Palladium composiet 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

Kwantificering van metaal uitspoeling in geïmmobiliseerde metaal Affiniteits chromatografie

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