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

העבודה בעיקר מומן על ידי הקרן הלאומית למדע (NSF), הוא הודה חטיבת הכימיה (פרס מספר צ'ה-1507370). אימן מסיה כרים ו- Wenhui Li לאשר תמיכה כספית חלקית על ידי 3m עם קביעות שאינן פרס הפקולטה. במחקר זה נעשה שימוש במשאבים של המקור הפוטון מתקדם (הפרעות לקרן החלקיקים 12-מזהה-C, המשתמש הצעה GUP-45774), ארצות הברית מחלקת האנרגיה (DOE) במשרד של המשתמש מתקן מדעי פעלו במשרד DOE של המדע על ידי Argonne National Laboratory תחת חוזה מס דה-AC02-06CH11357. המחברים רוצה להודות Yubing Lu, ודוקטורנטית במחלקה הנדסה כימית וירג'יניה טק על עזרתו אדיב עם המדידות SAXS. העבודה הציג בוצעה חלקית במרכז על ננוטכנולוגיה משולב, Office של מדע המשתמש מתקן פעלו משרד המדע של ארצות הברית מחלקת האנרגיה (DOE). המעבדה הלאומית לוס אלמוס, מעסיק שוויון הזדמנויות מתקנת, מופעל על ידי הביטחון הלאומי לוס אלמוס, LLC, על ניהול האבטחה גרעיני לאומי מחלקת האנרגיה של ארצות הברית תחת חוזה דה-AC52-06NA25396.

1. Recrystallization אצטט משטרת
התראה: פרוטוקול זה כרוך פעולות על הידיים עם טמפרטורה גבוהה זכוכית והפתרון. השתמש ציוד מגן אישי כולל משקפי מגן וכפפות עמידים בחום. כל הפעולות הקשורות פתרון טיפול צריך לנהל ברדס fume ולהימנע מקורות חימום אחרים בקרבת מקום בשל המאפיינים קורוזיבי ועוד דליק של...

במחקר זה, הצגנו מתודולוגיה חזק כדי לבחון את השפעת מיצוי ליגנדים על התגרענות ועל הצמיחה של חלקיקי מתכת. אנחנו מסונתז Pd חלקיקים בממיסים שונים (טולואן, פירידין) שימוש אצטט משטרת קודמן מתכת ו העליון ליגנד. . השתמשנו ב באתרו SAXS כדי לחלץ את ריכוז מופחתת אטומים (אירועי התגרענות וצמיחה) כמו גם ה...

סינתזה מבוקרת של חלקיקים מתכתיים הוא בעל חשיבות רבה בשל היישומים גדול של חומרים nanostructured זרז, פוטו, פוטוניקה, חיישנים וסמים משלוח1,2,3, 4,5. לסנתז חלקיקים עם הפצה גודל וגדלים ספציפיים, חיוני להבין את המנגנון הבסיסי חלקיקים התגרענות וצמיחה. עם זאת, קבלת חלקיקים עם קריטריונים כגון הזמין הקהילה ננו-סינתזה עקב התקדמות איטית בהבנת המנגנונים סינתזה וחוסר דגמים קינטית חזקה בספרות. שנות ה-50, LaMer הציע מודל כדי להפוך את התגרענות הצמיחה של גופרית sols, איפה יש פרץ של התגרענות ואחריו צמיחה מבוקרת דיפוזיה של גרעינים6,7. במודל המוצע זה, זה זה הניחו כי מגביר הריכוז מונומר (עקב הפחתת או פירוק של ההתחלה), ופעם אחת רמת הוא מעל רוויית יתר קריטי, מחסום האנרגיה עבור חלקיקים התגרענות ניתן להתגבר, וכתוצאה מכך התגרענות פרץ (התגרענות הומוגניות). בשל את התגרענות פרץ המוצע, הטיפות ריכוז מונומר, יפול מתחת לרמת רוויית יתר קריטי, עוצר התגרענות. בשלב הבא, האטום בנוי הם שמהווה לגדול באמצעות פעפוע של מונומרים לכיוון פני השטח חלקיקים, כאשר מתרחשים אירועים התגרענות נוספים. התוצאה ביעילות הפרדת את התגרענות ואת הצמיחה בזמן ושליטה על התפלגות גודל במהלך תהליך הצמיחה8. מודל זה שימש לתיאור היווצרות של חלקיקים שונים כולל Ag9, Au10, CdSe11ו Fe-3O-4-12. עם זאת, מספר מחקרים הדגימו כי התיאוריה התגרענות קלאסית (CNT) לתאר את היווצרות colloidal חלקיקי, בפרט עבור חלקיקים מתכתיים איפה החפיפה של התגרענות ואת הצמיחה נצפית1, 13,14,15,16,17. אחד המחקרים האלה, Watzky, פינק. כן הקים מנגנון דו-שלבי היווצרות של אירידיום חלקיקים13, שבו התגרענות רציפה איטי חופף עם גידול מהיר nanoparticle משטח (כאשר הצמיחה הוא autocatalytic). התגרענות איטי וגידול מהיר autocatalytic נצפו גם עבור סוגים שונים של חלקיקי מתכת, כגון משטרת14,15,18,19,Pt20ו- Rh21 ,22. למרות ההתקדמות בפיתוח התגרענות ו צמיחה מודלים1,23,24,25, תפקיד ליגנדים לעיתים קרובות תתעלם בדגמי המוצעת. למרות זאת, מוצגים ליגנדים להשפיע על15,26 14,גודל חלקיקים מורפולוגיה19,27 , כמו גם את פעילות קטליטית ו סלקטיביות28 , 29. לדוגמה, יאנג ואח. 30 מבוקר Pd בגודל ננו-חלקיק הנע בין 9.5 ו-15 ננומטר על ידי שינוי הריכוז של trioctylphosphine (למעלה). בסינתזה של חלקיקים מגנטיים (Fe3או4), הגודל ניכר ירד מ 11 5 ננומטר כאשר ליגנד (octadecylamine) יחס קודמן מתכת עלה מ 1 ל 60. מעניין, גודל חלקיקים Pt הוצגה להיות רגישים לאורך שרשרת ליגנדים אמין (למשל., n-hexylamine ו- octadecylamine), שבה גודל ננו-חלקיק קטן יותר יכולה להיות מושגת באמצעות שרשרת יותר (כלומר., octadecylamine)31.
משינוי גודל הנגרמת על ידי ריכוז שונים וסוגים שונים של ליגנדים הוא ראיות ברורות על התרומה של ליגנדים ב קינטיקה התגרענות וצמיחה. למרבה הצער, מחקרים מעטים היוו את התפקיד של ליגנדים ולאחר במחקרים אלה, מספר הנחות לעיתים קרובות נעשו למען הפשטות, אשר בתורו להפוך מודלים אלה ישימים רק עבור תנאים מסוימים32,33. ליתר דיוק, Rempel ועמיתים פיתח מודל קינטי כדי לתאר את היווצרות נקודות קוונטיות (CdSe) בנוכחות מיצוי ליגנדים. עם זאת, במחקר שלהם, הכריכה של ליגנד עם משטח nanoparticle ההנחה תהיה על שיווי משקל-בכל זמן נתון32. הנחה זו אולי נכונה כאשר ליגנדים עודף גדול. הקבוצה שלנו פיתחה לאחרונה חדש מודל מבוסס-ליגנד14 אשר היוו האיגוד בהגבלת ליגנדים מבשר (מתכת מורכבים) וגם את פני השטח של ננו-חלקיק תגובות הפיך14. בנוסף, המודל שלנו מבוססת-ליגנד פוטנציאל ניתן להשתמש במערכות אחרות nanoparticle מתכת, איפה קינטיקה סינתזה נראה להיות מושפעת על ידי הנוכחות של ליגנדים.
במחקר הנוכחי, אנו משתמשים שלנו פיתח מודל מבוסס-ליגנד לחזות את ההיווצרות והגידול של חלקיקים Pd בממיסים שונים לרבות טולואן, פירידין. עבור קלט המודל שלנו, בחיי עיר SAXS היה מנוצל כדי להשיג את הריכוז של חלקיקים וגודל הפצה במהלך הסינתזה. מדידת גודל והן ריכוז החלקיקים, כהשלמה דוגמנות קינטי, מאפשרת לנו לחלץ מידע מדויק יותר על המחירים התגרענות וצמיחה. נדגים בהמשך כי שלנו דגם מבוסס-ליגנד, אשר במפורש חשבונות עבור האיגוד ליגנד-מטאל, הוא מאוד חזוי והוא יכול לשמש כדי לעצב את תהליכי סינתזה להשיג חלקיקים עם המידות הרצויות.

<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

התפלגות גודל וגודל, היציבות colloidal חלקיקי מושפעים מאוד נוכחות בהגבלת ליגנדים. למרות התרומה מפתח בהגבלת ליגנדים במהלך התגובה סינתזה, שלהם תפקיד בוויסות שיעור התגרענות וצמיחה של colloidal חלקיקי אינה מובנת היטב. בעבודה זאת, נדגים חקירה מכניסטית התפקיד של trioctylphosphine (למעלה) ב- Pd חלקיקים בממיסים שונים (טולואן, פירידין) באמצעות בחיי עיר SAXS ומודלים מבוסס-ליגנד קינטי. התוצאות שלנו בתנאים סינתטיים שונים חושפים את החפיפה של התגרענות והצמיחה של חלקיקים Pd במהלך התגובה, אשר סותר את המודל LaMer-סוג התגרענות וצמיחה. המודל חשבונות עבור קינטיקה של Pd-העליון מחייב, מבשר וגם פני השטח של חלקיקים, אשר חיוני כדי ללכוד את האבולוציה גודל, כמו גם הריכוז של חלקיקים בתוך באתרו. בנוסף, אנו ממחישים את כוח הניבוי של המודל מבוסס-ליגנד שלנו דרך עיצוב התנאים סינתטי להשיג חלקיקים עם המידות הרצויות. המתודולוגיה המוצעת ניתן ליישם מערכות אחרות סינתזה ומשמש ולכן אסטרטגיית יעיל של סינתזה חזוי של colloidal חלקיקי.

לבחון באופן שיטתי האם הגבלת התכיפות ליגנדים לשנות את קינטיקה של התגרענות וצמיחה, לקחנו את שתי הגישות הבאות: (i) הכריכה של ליגנד עם המתכת לא נחשבה במודל קינטי הדומה מחקרים קודמים (כלומר., התגרענות וצמיחה autocatalytic) (ii) האיגוד הפיך בהגבלת ליגנד עם קודמן ואת השטח של ננו-חלקיק...

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

התגרענות בתיווך ליגנד והצמיחה של חלקיקי מתכת פלדיום

המטרה העיקרית של עבודה זו היא להבהיר את התפקיד בהגבלת סוכנים בוויסות בגודל של פלדיום חלקיקים על-ידי שילוב אניn באתרו זווית קטנה רנטגן פיזור (SAXS) מבוסס-ליגנד דוגמנות קינטי.

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

מסגרות סינתזה ואפיון של פונקציונליות מתכת אורגנית

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

באמצעות Polystyrene-<em&gt; בלוק</em&gt; -poly (חומצה אקרילית) -coated מתכת חלקיקים כמו מונומרים להומו- ושיתוף פילמור

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

סינתזה בתיווך Microemulsion הפוכה של monometallic ובי-המתכתי המוקדם מעבר מתכת קרביד ניטריד חלקיקים

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

הדור של Zerovalent מתכת Core חלקיקים שימוש 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

צמיחת פוטו חמצונים של חלקיקים אירידיום תחמוצת על Nanorods CdSe @ התקליטורים

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

בחיי עיר זיהוי, כימות תא בודד של תחמוצת מתכת חלקיקים באמצעות ניתוח Microprobe גרעיני

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

מלח מותכת סינתזה של חלקיקי תחמוצת מתכת מורכבים

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

סינתזה ואפיון חלקיקי זהב אמפיפילי

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

שיטת הסינתזה של הננו-סיבים תאית ביותבניות פלדיום מרוכבים

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

קוונפיקציה של מתכת Leaching ב קיבוע מתכת זיקה כרומטוגרפיה

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