Name: ligand-mediated nucleation and growth of palladium metal nanoparticles
Uploaded: 2018-06-25T13:00:00
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Die Arbeit in erster Linie von der National Science Foundation (NSF) finanziert wurde, ist Chemie Division (prämiennummer CHE-1507370) anerkannt. Ayman M. Karim und Wenhui Li erkennen teilweisen finanzielle Unterstützung von 3M Non-Tenured Faculty Award. Diese Forschung verwendeten Ressourcen der Advanced Photon Source (Strahlrohr 12-ID-C, Benutzer Vorschlag GUP-45774), eine US-Department of Energy (DOE) Büro der Wissenschaft Benutzer Anlage betrieben für das DOE Office of Science vom Argonne National Laboratory unter Vertragsnr. DE-AC02-06CH11357. Die Autoren möchten Yubing Lu, eine Doktorandin im Bereich chemische Verfahrenstechnik an der Virginia Tech für seine freundliche Hilfe mit den Maßen SAXS danken. Die vorgestellte Arbeit wurde teilweise im Zentrum für integrierte Nanotechnologien hingerichtet, ein Büro der Wissenschaft Benutzer Anlage betrieben für das US Department of Energy (DOE) Office of Science. Los Alamos National Laboratory, Affirmative Action Equal Opportunity Employer, wird von Los Alamos National Security, LLC, für die National Nuclear Security Administration des US Department of Energy unter Vertrag DE-AC52-06NA25396 betrieben.

1. Pd Acetat Rekristallisation
Achtung: Dieses Protokoll umfasst praktische Vorgänge mit Hochtemperatur-Glaswaren und Lösung. Verwenden Sie persönlichen Schutzausrüstung einschließlich Schutzbrille und hitzebeständige Handschuhe. Alle Vorgänge, die Lösung Handhabung in einem Abzug durchgeführt werden und vermeiden Sie andere Wärmequellen in der Nähe aufgrund der korrosiven und entflammbaren Eigenschaften der wasserfreie Essigsäure.
<ol><li>40 mL wasserfreie Essigsäure in einem 5...

In dieser Studie haben wir eine mächtige Methode untersuchen die Wirkung der Liganden auf die Keimbildung und das Wachstum von Metall-Nanopartikeln Deckelung vorgestellt. Wir synthetisiert Pd Nanopartikel in verschiedenen Lösungsmitteln (Toluol und Pyridin) mit Pd Acetat als Metall Vorläufer und TOP als Liganden. Wir haben in Situ SAXS, die Konzentration der reduzierten Atome (Kernbildung und Wachstum Veranstaltungen) sowie die Konzentration der Nanopartikel (Keimbildung Event), extrahieren wo beide experimen...

Kontrollierte Synthese von metallischen Nanopartikeln ist von großer Bedeutung aufgrund der großen Anwendungen von nanostrukturierten Materialien in der Katalyse, Photovoltaik, Photonik, Sensoren und Drug Delivery1,2,3, 4,5. Um die Nanopartikel mit bestimmten Größen und Größenverteilung zu synthetisieren, ist es wichtig zu verstehen, den zugrunde liegende Mechanismus für die Partikel Keimbildung und das Wachstum. Dennoch hat die Erlangung Nanopartikel mit solchen Kriterien die Nano-Synthese-Gemeinschaft durch die langsamen Fortschritte im Verständnis der Synthese-Mechanismen und der Mangel an robusten kinetische Modelle in der Literatur herausgefordert. In den 1950er-Jahren schlug LaMer ein Modell für die Keimbildung und das Wachstum von Schwefel-Sole, wo gibt es ein Ausbruch von Keimbildung, gefolgt von einer Diffusion kontrolliert Wachstum von Kernen6,7. In diesem vorgeschlagenen Modell, es wird postuliert, dass die monomerkonzentration (aufgrund der Reduzierung oder Zersetzung des Vorläufers) erhöht und einmal die Ebene oberhalb der kritischen Übersättigung, die Energiebarriere für Partikel Keimbildung überwunden werden kann, was zu einem Platzen Keimbildung (Homogene Keimbildung). Aufgrund der vorgeschlagenen platzen Nukleation, Monomer Konzentration Tropfen und wenn es unter das kritische Übersättigung Niveau fällt hält die Keimbildung. Als nächstes werden die gebildeten Kerne postuliert, wachsen über die Verbreitung der Monomere in Richtung der Nanopartikel-Oberfläche, während keine zusätzliche Keimbildung Ereignisse auftreten. Dadurch wird effektiv trennt die Keimbildung und das Wachstum in der Zeit und controlling der Partikelgrößenverteilung während der Wachstums-Prozess-8. Dieses Modell wurde verwendet, um die Bildung von verschiedenen Nanopartikeln einschließlich Ag9, Au10, CdSe11und Fe3O412beschreiben. Allerdings illustriert mehrere Studien, dass die klassische Nukleation Theorie (CNT) die Bildung von kolloidalen Nanopartikeln, insbesondere für metallische Nanopartikel nicht beschreiben wo die Überlappung der Keimbildung und das Wachstum wird1beobachtet, 13,14,15,16,17. In einer dieser Studien Watzky und Finke gegründet einen zweistufigen Mechanismus für die Bildung von Iridium-Nanopartikel13, in denen eine langsame kontinuierliche Keimbildung mit einem schnellen Nanopartikel Oberfläche Wachstum überlappt (wo autokatalytischen wächst). Die langsamen Keimbildung und schnell autokatalytischen Wachstum beobachtet auch für verschiedene Arten von Metall-Nanopartikeln, wie Pd14,15,18, Pt19,20und Rh21 ,22. Trotz der jüngsten Fortschritte bei der Entwicklung von Keimbildung und Wachstum Modelle1,23,24,25, die Rolle der Liganden in der vorgeschlagenen Modelle oft ignoriert. Dennoch sind Liganden gezeigt, um die Nanopartikel Größe14,15,26 und Morphologie19,27 , sowie die katalytische Aktivität und Selektivität28 beeinflussen , 29. Z. B. Yang Et Al. 30 kontrolliert die Pd nanopartikelgröße zwischen 9,5 und 15 nm durch Variation der Konzentration der Trioctylphosphine (oben). Bei der Synthese von magnetischen Nanopartikeln (Fe3O4) deutlich verkleinert, von 11 bis 5 nm bei der Liganden (Octadecylamine) Metall Vorläufer-Verhältnis von 1 auf 60 erhöht. Interessanterweise zeigte sich die Größe des Pt-Nanopartikel empfindlich auf die Kettenlänge von Amin Liganden (zB., n-Hexylamine und Octadecylamine), wo kleinere nanopartikelgröße mit längere Kette gewonnen werden konnte (i.e., Octadecylamine)31.
Die Größe Änderung verursacht durch unterschiedliche Konzentration und verschiedene Arten der Liganden ist ein klarer Beweis für den Beitrag der Liganden in die Keimbildung und das Wachstum Kinetik. Leider waren nur wenige Studien die Rolle des Liganden und in diesen Studien entfielen, mehrere oft der Einfachheit halber Annahmen, die wiederum diese Modelle nur für bestimmte Bedingungen32,33anwendbar zu machen. Genauer gesagt, entwickelt Rempel und Mitarbeiter ein kinetischen Modell, um die Bildung von Quantenpunkten (CdSe) beschreiben im Beisein von Kappung Liganden. In ihrer Studie ist jedoch die Bindung des Liganden mit Nanopartikel Oberfläche auszugehen, im Gleichgewicht zu jedem beliebigen Zeitpunkt32sein. Diese Annahme könnte zutreffen, wenn sich die Liganden in großen Überschuss. Unsere Gruppe entwickelt vor kurzem eine neue Liganden-basiertes Modell14 , die für die Bindung der Liganden mit der Vorläufer (Metallkomplex) und die Oberfläche der Nanopartikel als reversible Reaktionen14Deckelung entfielen. Darüber hinaus konnte unsere Liganden-basiertes Modell potenziell in anderen Metall-Nanopartikel-Systemen verwendet werden, wo die Synthese Kinetik scheinen durch die Anwesenheit der Liganden beeinflusst werden.
In der aktuellen Studie verwenden wir unsere neu entwickelte Liganden-basiertes Modell der Entstehung und dem Wachstum von Pd-Nanopartikeln in verschiedenen Lösungsmitteln wie Toluol und Pyridin vorherzusagen. Für unsere Modell-Input wurde in Situ SAXS genutzt, um die Konzentration der Nanopartikel und Größe Verteilung während der Synthese zu erhalten. Messung von Größe und Konzentration der Partikel, ergänzt durch kinetische Modellierung ermöglicht es uns, genauere Informationen über die Keimbildung und Wachstumsraten zu extrahieren. Weiter zeigen wir, dass unsere Liganden-basiertes Modell, das explizit für die Liganden-Metall-Bindung ausmacht, hoch prädiktiv ist und verwendet werden, kann um die Syntheseverfahren, die Nanopartikel mit gewünschten Größen zu erhalten zu entwerfen.

<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

Größe, Größenverteilung und Stabilität von kolloidalen Nanopartikeln sind stark durch die Anwesenheit der Deckelung Liganden betroffen. Trotz der wesentliche Beitrag der Deckelung Liganden während der Synthese-Reaktion ist ihre Rolle bei der Regulierung der Keimbildung und Wachstumsraten von kolloidalen Nanopartikeln nicht gut verstanden. In dieser Arbeit zeigen wir eine mechanistische Untersuchung der Rolle der Trioctylphosphine (oben) in Pd Nanopartikel in verschiedenen Lösungsmitteln (Toluol und Pyridin) mittels in Situ SAXS und Liganden-basierte kinetische Modellierung. Unsere Ergebnisse unter verschiedenen synthetischen Bedingungen zeigen die Überlappung der Keimbildung und das Wachstum von Pd-Nanopartikeln während der Reaktion, die die Keimbildung und das Wachstum LaMer-Modell widerspricht. Das Modell macht die Kinetik der Pd-TOP verbindlich für die Vorstufe und die Oberfläche der Partikel, die wesentlich für die Größe-Entwicklung sowie die Konzentration der Partikel in Situzu erfassen ist. Darüber hinaus zeigen wir die Vorhersagekraft der unsere Liganden-basiertes Modell durch die synthetischen Bedingungen entwerfen, Nanopartikel mit gewünschten Größen zu erhalten. Die vorgeschlagene Methode kann auf andere Synthese-Systeme angewendet werden und dient somit als eine wirksame Strategie zur prädiktiven Synthese von kolloidalen Nanopartikeln.

Um systematisch prüfen, ob die Deckelung Liganden die Kinetik der Keimbildung und Wachstum verändern, nahmen wir die beiden folgenden Ansätze: (i) die Bindung des Liganden mit dem Metall galt nicht in den kinetischen Modell ähnlich wie bei früheren Studien (zB., die Keimbildung und das autokatalytischen Wachstum) (Ii) die reversible Bindung von Liganden mit dem Vorläufer und Oberfläche der Nanopartikel Deckelung berücksichtigt wurde im Modell (i.e., Liganden-basi...

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Ligand-Mediated Nucleation and Growth of Palladium Metal Nanoparticles

Liganden-vermittelten Keimbildung und das Wachstum von Palladium Metall-Nanopartikeln

Das Hauptziel dieser Arbeit ist es, die Rolle des Agenten bei der Regulierung der Größe der Nanopartikel Palladium indem ichn Situ kleine Winkel Röntgenstreuung (SAXS) und Liganden-basierte kinetische Modellierung Deckelung aufzuklären.

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

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