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

Arbeidet var hovedsakelig finansiert av National Science Foundation (NSF), er kjemi avdeling (prisen nummer CHE-1507370) anerkjent. Ayman M. Karim og Wenhui Li erkjenner delvis økonomisk støtte av 3M ikke-faste fakultetet Award. Denne forskningen brukt ressurser avansert Foton kilde (beamline 12-ID-C, bruker forslag Glassfiber-45774), en US Department of Energy (DOE) kontoret av vitenskap bruker anlegget drives for DOE Office of Science av Argonne National Laboratory under Kontraktnr. DE-AC02-06CH11357. Forfatterne vil gjerne takke Yubing Lu, doktorgrad kandidat i Chemical Engineering avdeling på Virginia Tech slags hjelp med målene som SAXS. Presentert arbeidet ble delvis henrettet ved Center for integrert nanoteknologi, en kontoret av vitenskap bruker anlegget drives for US Department of Energy (DOE) Office of Science. Los Alamos National Laboratory, arbeidsgiver kvotering likestilling drives av Los Alamos National Security, LLC, for National Nuclear Security Administration av US Department of Energy kontrakt DE-AC52-06NA25396.

1. Pd Acetate Recrystallization
Advarsel: Denne protokollen innebærer hands-on operasjoner med høy temperatur glass og løsning. Bruk personlig verneutstyr som vernebriller og varmebestandige hansker. Alle operasjoner som involverer løsning håndtering bør gjennomføres på avtrekksvifte og unngå andre varme kilder i nærheten på grunn av etsende og brennbare egenskaper av vannfri eddiksyre.
<ol><li>Legge til 40 mL av vannfri eddiksyre i en 50 mL tre halsen rundt bunnen flasken 0,75 g ...

I denne studien presentert vi en kraftig metode for å undersøke effekten av capping ligander nucleation og vekst av metall nanopartikler. Vi syntetisert Pd nanopartikler i forskjellige løsemidler (toluen og pyridine) med Pd acetate som metall forløper og topp som ligand. Vi brukte i situ SAXS for å trekke konsentrasjonen av redusert atomer (nucleation og vekst hendelser) og konsentrasjonen av nanopartikler (nucleation hendelse), der både eksperimentelle observables ble brukt som modell innganger. I tillegg...

Kontrollert syntese av metallisk nanopartikler er av stor betydning på grunn av den store anvendelser av nanostructured materialer i katalyse, photovoltaic, fotonikk, sensorer og stoffet levering1,2,3, 4,5. For å syntetisere nanopartikler med bestemte utskriftsstørrelser og størrelsesDistribusjon, er det viktig å forstå den underliggende mekanismen for partikkel nucleation og vekst. Likevel har skaffe nanopartikler med slike kriterier utfordret nano-syntese samfunnet på grunn av langsom fremgang i å forstå mekanismene som syntese og mangel på robust kinetic modeller tilgjengelig i litteraturen. I 1950, LaMer foreslått en modell for nucleation og vekst av svovel sols, hvor det er en eksplosjon av nucleation etterfulgt av en diffusion-kontrollerte vekst kjerner6,7. I denne foreslåtte modellen, er det postulerte at monomer konsentrasjonen øker (på grunn av reduksjon eller nedbryting av forløperen) og når nivået er over den kritiske supersaturation, energien barrieren for partikkel nucleation kan overvinnes, resulterer i en burst nucleation (homogen nucleation). Den foreslåtte burst nucleation, monomer konsentrasjon dråper og faller under kritiske supersaturation nivå, nucleation stopper. Neste, dannet kjerner er postulert for å vokse via spredningen av monomerer mot nanopartikler overflaten, mens ingen ekstra nucleation hendelser oppstår. Dette resulterer i effektivt skille nucleation og vekst i tiden og kontrollere størrelsesDistribusjon under den vekst prosessen8. Denne modellen ble brukt til å beskrive dannelsen av forskjellige nanopartikler inkludert Ag9, Au10, CdSe11og Fe3O412. Imidlertid vist flere studier at klassisk nucleation teorien (CNT) ikke kan beskrive dannelsen av kolloidalt nanopartikler, spesielt for metalliske nanopartikler hvor overlappingen nucleation og vekst er observert1, 13,14,15,16,17. I en av disse studiene etablert Watzky og Finke en totrinns mekanisme for dannelsen av iridium nanopartikler13, der en langsom kontinuerlig nucleation overlapper med en rask hydrogenion overflaten vekst (der vekst er autocatalytic). Den langsomme nucleation og rask autocatalytic vekst ble også observert for ulike typer metall nanopartikler, som Pd14,15,18, Pt19,20og Rh21 ,22. Til tross for nylige fremskritt i utviklingen nucleation og vekst, modeller,1,,23,,24,,25, rollen til ligander ignorert ofte i foreslåtte modeller. Likevel er ligander vist å påvirke nanopartikler størrelse14,15,26 og morfologi19,27 samt katalytisk aktivitet og selektivitet28 , 29. For eksempel Yang et al. 30 kontrollert Pd hydrogenion størrelsen varierer fra 9.5 og 15 nm ved å variere konsentrasjonen av trioctylphosphine (øverst). I syntesen av magnetiske nanopartikler (Fe3O4), størrelse merkbart dårligere fra 11 til 5 nm når ligand (octadecylamine) til metall forløper ratio økt fra 1 til 60. Interessant, størrelsen på Pt nanopartikler viste seg å være følsom for kjeden lengden på Amin ligander (f.eks., n-hexylamine og octadecylamine), hvor mindre hydrogenion størrelse kan oppnås ved hjelp av lengre kjede (dvs., octadecylamine)31.
Størrelsen endring forårsaket av ulike konsentrasjon og ulike typer av ligander er et klart bevis for bidrag av ligander i kinetics nucleation og vekst. Dessverre, noen studier utgjorde rollen ligander, og i disse studiene, flere forutsetninger ble ofte laget for enkelhets skyld, som i sin tur gjør disse modellene gjelder bare for bestemte betingelser32,33. Mer spesifikt, utviklet Rempel og kolleger en kinetisk modell for å beskrive dannelsen av kvante prikker (CdSe) i nærvær av capping ligander. Men i deres studie antas binding av ligand hydrogenion overflate for å være likevekt ved enhver tid32. Denne antakelsen kan holde sant når ligander i store overskudd. Vår gruppe nylig utviklet en ny ligand modell14 som stod for bindingen capping ligander med både forløperen (metall komplekse) og overflaten av hydrogenion som reversibel reaksjoner14. I tillegg kan våre ligand modell potensielt brukes i andre metall hydrogenion systemer, der syntese kinetics synes å være påvirket av tilstedeværelsen av ligander.
I denne studien bruker vi vår nylig utviklede ligand-basert modell for å forutsi dannelse og vekst av Pd nanopartikler i forskjellige løsemidler inkludert toluen og pyridine. For modell innspill, i situ SAXS ble benyttet til få konsentrasjonen av nanopartikler og størrelse distribusjon under syntese. Måling både størrelsen og konsentrasjonen av partikler, supplert av kinetic modellering, tillater oss å trekke mer presis informasjon på nucleation og vekst priser. Videre viser vi at våre ligand-basert modell, som uttrykkelig står for ligand-metal bindingen, er svært forutsigende og kan brukes til å utforme syntese fremgangsmåtene å få nanopartikler med ønsket størrelse.

<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, størrelsesDistribusjon og stabilitet av kolloidalt nanopartikler er sterkt påvirket av tilstedeværelsen av capping ligander. Til tross for det viktige bidraget capping ligander under syntese reaksjonen, er deres rolle i å regulere nucleation og vekst utbredelsen av kolloidalt nanopartikler ikke godt forstått. I dette arbeidet, viser vi en mekanistisk undersøkelse av rollen som trioctylphosphine (øverst) i Pd nanopartikler i forskjellige løsemidler (toluen og pyridine) i situ SAXS og ligand-baserte kinetic modellering. Våre resultater under ulike syntetiske forhold avsløre overlappingen av nucleation og vekst av Pd nanopartikler under reaksjonen, som motsier LaMer-type nucleation og vekst modellen. Modellen står for the kinetics av Pd-TOP bindende for både forløperen og partikkel overflaten, noe som er viktig å fange størrelse utviklingen samt konsentrasjonen av partikler i situ. I tillegg illustrere vi forutsigende makt våre ligand modell gjennom designe syntetiske betingelsene hente nanopartikler med ønsket størrelse. Foreslåtte metodikken kan brukes på andre syntese systemer og derfor fungerer som en effektiv strategi for prediktiv syntese av kolloidalt nanopartikler.

Å systematisk undersøke om de lokkpåsettingsmaskiner ligander endre the kinetics av nucleation og vekst, tok vi følgende metodene: (i) binding av ligand med metall ble ikke ansett som i kinetic modellen ligner på tidligere studier (dvs., den nucleation og autocatalytic vekst) (ii) reversibel bindingen capping ligand forløper og overflaten av hydrogenion ble tatt hensyn til i modellen (dvs., ligand-basert modell beskrevet i protokollen). Om Pd syntese i toluen, som ...

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-mediert Nucleation og vekst av Palladium metall nanopartikler

Hovedmålet med dette arbeidet er å belyse rollen capping agenter i å regulere mengden av palladium nanopartikler ved å kombinere jegn situ liten vinkel x-ray spredning (SAXS) og ligand-baserte 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 av funksjon Metal-organisk Rammeverk

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

Ved hjelp av polystyren<em&gt; Blokk</em&gt; -poly (Akrylsyre) -belagt Metal Nanopartikler som monomerer for deres homo- og co-polymerisasjon

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 Mikroemulsjon-mediert Syntese av mono og bimetall 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

Generering av Zerovalent Kjerne nanopartikler ved anvendelse av N- (2-aminoetyl) -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

Fotokjemisk Oksidativt Vekst av 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 Gjenkjennings- og enkeltcelle kvantifisering av metalloksid nanopartikler kjernefysiske 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 av komplekse metalloksid 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 av Amfifile Gold 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

Syntese metode for cellulose Nanofiber Biotemplated Palladium kompositt Aerogeler

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

Kvantifisering av metall utvasking i immobilisert metal affinitet kromatografi

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