Спосіб одержання біметалевих наночастинок паладій-золото

Реферат: Винахід належить до наноматеріалів, зокрема до біметалевих наночастинок паладій-золото. Застосовують винахід в сенсорах, оптиці, електроніці, каталізі. Спосіб одержання біметалевих наночастинок паладій-золото порошку включає електрохімічне співосадження паладію та золота з розчинів їх солей - паладію (ii) хлориду та гідроген тетрахлороаурату (iii). електрохімічне співосадження здійснюють за імпульсного режиму електролізу в органічному апротонному розчиннику, наприклад диметилсульфоксиді у присутності тетрабутиламонію перхлорату. Технічний результат: забезпечено можливість отримання нанорозмірних біметалевих наночастинок паладій-золото за низьких температур електролізу, використання простого за складом безводного електроліту. UA 106709 C2 (12) UA 106709 C2 UA 106709 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Винахід належить до наноструктур, отриманих різними способами, зокрема електрохімічним, а не тільки шляхом маніпулювання окремими атомами або молекулами і може бути застосований в сенсорах, оптиці, електроніці, каталізі. Відомий спосіб одержання біметалевих наночастинок паладій-золото (Pd-Au), що включає електрохімічне співосадження паладію та золота з розчинів їх солей - паладію (II) хлориду та гідроген тетрахлороаурату (III). Спосіб здійснюють електрохімічним співосадженням паладію та золота із розчинів PdCl2 та НаuСl4 в 0,1 М НСl на графітові електроди за потенціостатичного режиму електролізу (Е = -0,155 V відносно хлоридсрібного електроду порівняння). [Electrochemically Deposited Pd-Pt and Pd-Au Codeposits on Graphite Electrodes for Electrocatalytic Н2О2 Reduction. Tharamani Chikka Nagaiah, Dominik Schafer, Wolfgang Schuhmann, and Nina Dimcheva // Analytical Chemistry. - 2013. - V. 85, N 16. - P. 7897-7903]. Але за потенціостатичного режиму електролізу концентрація іонів осаджуваних металів у приелектродному шарі постійно змінюється. Як наслідок - змінюються умови утворення зародків металів та їх росту і відповідно формується неоднорідний за топографією осад. Утворений осад - агломерати розміром 300-500 nm, що розміщені на поверхні графітових електродів у вигляді окремих "плям". Перебіг побічних катодних процесів внаслідок використання хлоридної кислоти призводить до електровиділення водню та його адсорбції, що блокує поверхню та спричиняє утворення великої кількості дефектів у вигляді тріщин. В основу винаходу поставлено задачу створити спосіб одержання біметалевих наночастинок Pd-Au, в якому електрохімічне співосадження в новому режимі та новому складі електроліту забезпечило би протікання процесу без електровиділення водню та рівномірний розподіл наночастинок Pd-Au по поверхні підкладки. Поставлена задача вирішується тим, що у способі одержання біметалевих наночастинок паладій-золото, що включає електрохімічне співосадження паладію та золота з розчинів їх солей - паладію (II) хлориду та гідроген тетрахлороаурату (III), згідно з винаходом, електрохімічне співосадження здійснюють за імпульсного режиму електролізу в органічному апротонному розчиннику у присутності тетрабутиламонію перхлорату. Це забезпечує проходження електрохімічного співосадження без перебігу побічних катодних процесів, зокрема електровиділення водню, з утворенням поверхневих комплексів на зародках і частинках металів, що сприяє формуванню сфероподібних частинок Pd-Au та запобігає їх агломерації за рахунок використання органічного апротонного розчинника. Використання імпульсного режиму електролізу, за якого під час імпульсу відбувається зародження частинок та їх ріст, а під час паузи - їх частковий ріст і дифузія іонів металу до прикатодного шару, дає можливість контролювати форму та розмір частинок, а також забезпечувати їх рівномірний розподіл по поверхні підкладки. Для одержання біметалевих наночастинок Pd-Au було використано: органічний апротонний розчинник (диметилсульфоксид) - DMSO (фірми Alfa Aesar CAS: 6768-5); сіль паладію (II) хлорид - PdCl2 (фірми Alfa Aesar CAS: 7644-10-1); гідроген тетрахлороаурат (III) - HAuCl4 (фірми Alfa Aesar CAS: 16961-25-4); тетрабутиламонію перхлорат [C4H9]4NClO4 (фірми Algrich CAS: 1923-70-2). ПРИКЛАД 1 Одержання біметалевих наночастинки Pd-Au здійснювали в електроліті, що містить 4 mМ PdCl2+4 mМ НАuСl4 + 50 mМ [C4H9]4NClO4 в DMSO. Як робочий електрод (катод) використовували стрижень склографіту діаметром 5 mm. Протиелектрод (анод) - платинова пластинка, електрод порівняння - хлорид срібний. Процес проводили за імпульсного режиму електролізу: тривалість імпульсу 6 ms та тривалість паузи 300 ms, за температури 35 °C, за потенціалу -0,5 V, тривалістю 1,5 хв. Після завершення процесу склографітові електроди з одержаним осадом - наночастинками Pd-Au промивали у DMSO та ізопропанолі. Морфологію одержаних біметалевих наночастинок Pd-Au на поверхні склографітового електроду досліджували за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM). На SEM зображенні (Фіг. 1) видно, що на поверхні склографіту утворився осад у вигляді сфероподібних частинок, рівномірно розподілених по поверхні, розміром 30…120 nm, що дає підстави віднести їх до нарозмірних частинок. За допомогою енергодисперсійного методу [Selective Oxidation of Saturated Hydrocarbons Using Au-Pd Alloy Nanoparticles Supported on Metal-Organic Frameworks. Jilan Long, Hongli Liu, Shijian Wu, Shijun Liao, and Yingwei Li // ACS Catal. - 2013. - V. 3. - P. 647654] визначали наявність паладію та золота в одержаному осаді Pd-Au та вміст паладію і золота в ньому. Визначено: середній вміст паладію та золота становить - 29 ат. % Pd та 71 ат. % Аи (Фіг. 2). ПРИКЛАД 2 1 UA 106709 C2 5 10 15 Одержання біметалевих наночастинок Pd-Au здійснювали в електроліті, що містить 4 mМ PdCl2+2 mМ HAuCl4+0,05 М [C4H9]4NClO4 в DMSO. Як робочий електрод (катод) використовували стрижень склографіту діаметром 5 mm. Протиелектрод (анод) - платинова пластинка, електрод порівняння - хлоридсрібний. Процес проводили за імпульсного режиму електролізу: тривалість імпульсу 6 ms та тривалість паузи 300 ms, за температури 35 °C, за потенціалу -0,75 V, тривалістю 1,5 хв. Після завершення процесу склографітові електроди з одержаним осадом - наночастинками Pd-Au промивали у DMSO та ізопропанолі. Морфологію одержаних біметалевих наночастинок Pd-Au на поверхні склографітового електроду досліджували за допомогою скануючої електронної мікроскопії (SEM). На SEM зображенні (Фіг. 3) видно, що на поверхні склографіту утворився осад у вигляді сфероподібних частинок, рівномірно розподілених по поверхні, розміром 50…110 nm, що дає підстави віднести їх до нарозмірних частинок. За допомогою енергодисперсійного методу [Selective Oxidation of Saturated Hydrocarbons Using Au-Pd Alloy Nanoparticles Supported on Metal-Organic Frameworks. Jilan Long, Hongli Liu, Shijian Wu, Shijun Liao, and Yingwei Li // ACS Catal. - 2013. - V. 3. - P. 647654] визначали наявність паладію та золота в одержаному осаді Pd-Au та вміст паладію і золота в ньому. Визначено: середній вміст паладію та золота становить - 39 ат. % Pd та 61 ат. % Аи (Фіг. 4). ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 20 25 Спосіб одержання біметалевих наночастинок паладій-золото, що включає електрохімічне співосадження паладію та золота з розчинів їх солей - паладію (II) хлориду та гідроген тетрахлороаурату (III), який відрізняється тим, що електрохімічне співосадження здійснюють за імпульсного режиму електролізу в органічному апротонному розчиннику у присутності тетрабутиламонію перхлорату. 2 UA 106709 C2 Комп’ютерна верстка А. Крулевський Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3