दृश्य-प्रकाश रोशनी के तहत प्लाज्मोनिक उत्प्रेरक के लिए सिल्वर-पैलेडियम एलोयेड नैनोकणों की तैयारी
Summary
यहां प्रस्तुत सिल्वर-पैलेडियम (एजी-पीडी) अलॉय नैनोकणों (एनपीएस) के संश्लेषण के लिए एक प्रोटोकॉल है जो जेडआरओ2 (एजी-पीडी/जेडआरओ2)पर समर्थित है। यह प्रणाली आणविक परिवर्तनों को तेज करने और नियंत्रित करने के लिए दृश्यमान प्रकाश विकिरण से ऊर्जा संचयन की अनुमति देती है। यह एजी-पीडी/जेडआरओ2 एनपीएस द्वारा उत्प्रेरित प्रकाश विकिरण के तहत नाइट्रोबेनजेन में कमी से स्पष्ट है ।
Abstract
प्लाज्मोनिक नैनोकणों (एनपीएस) में स्थानीयकृत सतह प्लाज्मन अनुनाद (एलएसपीआर) विभिन्न प्रकार के आणविक परिवर्तनों की चयनशीलता को तेज और नियंत्रित कर सकता है। यह इन श्रेणियों में एलएसपीआर उत्तेजना का समर्थन करने वाले प्लाज्मोनिक नैनोकणों को उत्प्रेरक के रूप में नियोजित किए जाने पर प्रतिक्रियाओं को चलाने और नियंत्रित करने के लिए एक टिकाऊ इनपुट के रूप में दृश्यमान या निकट-आईआर प्रकाश के उपयोग के लिए संभावनाओं को खोलता है। दुर्भाग्य से, पैलेडियम (पीडी) जैसे कई उत्प्रेरक धातुओं के लिए यह मामला नहीं है। इस सीमा को दूर करने के लिए एक रणनीति प्लाज्मोनिक और उत्प्रेरक धातुओं वाले द्विधातुन एनपीएस को नियोजित करना है। इस मामले में, प्लाज्मोनिक धातु में एलएसपीआर उत्तेजना उत्प्रेरक घटक द्वारा संचालित परिवर्तनों में तेजी लाने और नियंत्रित करने में योगदान दे सकती है। यहां रिपोर्ट की गई विधि बीआईमेटलिक सिल्वर-पैलेडियम (एजी-पीडी) के संश्लेषण पर केंद्रित है जो जेडआरओ2 (एजी-पीडी/जेडआरओ2)पर समर्थित है जो प्लाज्मोनिक-उत्प्रेरक प्रणाली के रूप में कार्य करता है। एनपीएस को जेडआरओ 2 समर्थन पर संबंधित धातु अग्रदूतों के सह-गर्भवती द्वारा तैयार किया गया था औरइसके बाद एक साथ कमी आई थी जिससे सीधे जेड्रो 2 समर्थन पर द्विधातुगतिएनपी कागठन हुआ था। इसके बाद एजी-पीडी/जेडआरओ2 एनपीएस को एलईडी लैंप द्वारा ४२५ एनएम रोशनी के तहत नाइट्रोबेनजेने की कमी के लिए प्लाज्मोनिक उत्प्रेरक के रूप में इस्तेमाल किया गया । गैस क्रोमेटोग्राफी (जीसी) का उपयोग करके, अंधेरे और हल्के विकिरण स्थितियों के तहत कमी की प्रतिक्रिया के रूपांतरण और चयनशीलता की निगरानी की जा सकती है, जो प्लाज्मोनिक धातु एजी के साथ गैर-प्लाज्मोनिक पीडी को एलॉय करने के बाद एलएसपीआर उत्तेजना के तहत चयनशीलता पर बढ़ाया उत्प्रेरक प्रदर्शन और नियंत्रण का प्रदर्शन करता है। इस तकनीक को आणविक परिवर्तनों और एनपीएस रचनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए अनुकूलित किया जा सकता है, जिससे यह रूपांतरण और चयनशीलता के मामले में विभिन्न प्रकार के उत्प्रेरक की प्लाज्मोनिक उत्प्रेरक गतिविधि के लक्षण वर्णन के लिए उपयोगी हो जाता है।
Introduction
धातु नैनोकणों (एनपीएस) के कई अनुप्रयोगों में, उत्प्रेरक विशेष ध्यान देने योग्य है। उत्प्रेरक एक टिकाऊ भविष्य में एक केंद्रीय भूमिका निभाता है, कम ऊर्जा खपत, कच्चे माल के बेहतर उपयोग में योगदान देता है, और क्लीनर प्रतिक्रिया की स्थिति को सक्षम करता है1,2,3,4। इस प्रकार, उत्प्रेरक में प्रगति रासायनिक प्रक्रियाओं की परमाणु दक्षता को बढ़ाने के लिए उपकरण प्रदान कर सकती है, जिससे उन्हें स्वच्छ, अधिक आर्थिक रूप से व्यवहार्य और पर्यावरण के अनुकूल बना दिया जा सकता है। धातु एनपीएस में चांदी (एजी), सोना (एयू) या तांबा (सीयू) शामिल हैं, जो दृश्यमान सीमा में दिलचस्प ऑप्टिकल गुणों को प्रदर्शित कर सकते हैं जो अनूठे तरीके से उत्पन्न होते हैं ये सिस्टम स्थानीय सतह प्लाज्मन प्रतिध्वनि (एलएसपीआर) उत्तेजन5,6,7,8के माध्यम से नैनोस्केल पर प्रकाश के साथ बातचीत करते हैं। इन एनपीएस में, जिसे प्लाज्मोनिक एनपीएस के रूप में जाना जाता है, एलएसपीआर में इलेक्ट्रॉन 5,6,7,8की सामूहिक गति के साथ घटना फोटॉन (आने वाली विद्युत चुम्बकीय तरंग से) के बीच गूंजती बातचीत शामिल है। यह घटना एक विशिष्ट आवृत्ति पर होती है जो पर्यावरण के आकार, आकार, संरचना और डाइइलेक्ट्रिक स्थिर पर निर्भर है9,10,11। उदाहरण के लिए, एजी, एयू और सीयू के लिए, ये आवृत्तियां दृश्यमान से लेकर निकट-आईआर तक हो सकती हैं, जिससे सौर ऊर्जा के उपयोग की संभावनाएं खुल सकती हैं ताकि उनके एलएसपीआर5,6,7,8,12,13को उत्तेजित किया जा सके।
हाल ही में, यह दर्शाया गया है कि प्लाज्मोनिक एनपीएस में एलएसपीआर उत्तेजना दरों में तेजी लाने और आणविक परिवर्तनों की चयनशीलताको नियंत्रितकरने में योगदान दे सकती है 5,14,15,16, 17,18,19. इसने प्लाज्मोनिक उत्प्रेरक नामक क्षेत्र को जन्म दिया, जो प्रकाश से ऊर्जा का उपयोग करने के लिए तेजी लाने, ड्राइव करने और/या रासायनिक परिवर्तनों को नियंत्रित करने पर ध्यान केंद्रित करता है5,14,15,16,17, 18,19। इस संदर्भ में, यह स्थापित किया गया है कि प्लाज्मोनिक एनपीएस में एलएसपीआर उत्तेजन ऊर्जावान गर्म इलेक्ट्रॉनों और छेदों के गठन के लिए नेतृत्व कर सकते हैं, जिसे एलएसपीआर-उत्साहित गर्म वाहक के रूप में जाना जाता है । ये वाहक इलेक्ट्रॉनिक या कंपन सक्रियण15 , 16के माध्यम से सोख प्रजाति के साथ बातचीत करसकतेहैं । बढ़ी हुई प्रतिक्रिया दरों के अलावा, यह प्रक्रिया पारंपरिक थर्मोकेमिक रूप से संचालित प्रक्रियाओं के माध्यम से वैकल्पिक प्रतिक्रिया मार्ग भी प्रदान कर सकती है, जिससे प्रतिक्रिया चयनता20, 21, 22,23,24,25पर नियंत्रण के लिए नए रास्ते खुलसकतेहैं। महत्वपूर्ण बात यह है कि यह उल्लेखनीय है कि प्लाज्मन क्षय से थर्मल अपव्यय भी हो सकता है, जिससे एनपीएस के आसपास तापमान में वृद्धि हो सकती है जो प्रतिक्रिया दरों को गति देने में भी योगदान दे सकता है15,16।
इन दिलचस्प विशेषताओं के कारण, प्लाज्मोनिक उत्प्रेरक को विभिन्न प्रकार के आणविक परिवर्तनों की दिशा में सफलतापूर्वक नियोजित किया गया है18। इसके बावजूद एक महत्वपूर्ण चुनौती बनी हुई है । जबकि प्लाज्मोनिक एनपीएस जैसे एजी और एयू दृश्यमान और निकट-आईआर पर्वतमाला में उत्कृष्ट ऑप्टिकल गुण प्रदर्शित करते हैं, उनके उत्प्रेरक गुण परिवर्तनों के दायरे के मामले में सीमित हैं। दूसरे शब्दों में, वे कई परिवर्तनों के लिए अच्छे उत्प्रेरक गुण प्रदर्शित नहीं करते हैं। इसके अतिरिक्त, धातुओं कि उत्प्रेरक में महत्वपूर्ण हैं, जैसे पैलेडियम (पीडी) और प्लेटिनम (पीटी), दृश्य या निकट आईआर पर्वतमाला में LSPR उत्तेजन का समर्थन नहीं करते । इस अंतर को पाटने के लिए, प्लाज्मोनिक और उत्प्रेरक धातु युक्त बाइमेटलिक एनपीएस एक प्रभावी रणनीति20,26, 27,28, 29का प्रतिनिधित्व करता है। इन प्रणालियों में, प्लाज्मोनिक धातु को एलएसपीआर के माध्यम से प्रकाश उत्तेजना से ऊर्जा की कटाई के लिए एक एंटीना के रूप में नियोजित किया जा सकता है, जिसका उपयोग तब उत्प्रेरक धातु में आणविक परिवर्तनों को चलाने, तेज करने और नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। इसलिए , यह रणनीति हमें पारंपरिक प्लाज्मोनिक धातु के एनपी20 , 26,27,28 , 29से परे प्लाज्मोनिक उत्प्रेरक का विस्तार करनेमेंसक्षम बनाती है ।
यह प्रोटोकॉल जीरो 2 (एजी-पीडी/जेडआरओ2) पर समर्थित द्विधातु चांदी-पैलेडियम (एजी-पीडी) एलॉयड एनपीएस के फेसियल संश्लेषण का वर्णन करता है जो प्लाज्मोनिक उत्प्रेरक के लिए प्लाज्मोनिक-उत्प्रेरक प्रणाली के रूप में कार्य कर सकता है। एजी-पीडी/जेडआरओ2 एनपीएस को जेडआरओ2 समर्थन पर संबंधित धातु अग्रदूतों के सह-गर्भवती द्वारा तैयार किया गया था और इसके बाद एक साथ कमी30। इस दृष्टिकोण के कारण सीधे जेडआरओ 2 समर्थन की सतह पर आकार (व्यास) में 10 एनएम के आसपास द्विधातु एनपीएस कागठन हुआ। एनपीएस पीडी के 1 मोल% से बना था उत्प्रेरक धातु के उपयोग को कम करने के लिए, जबकि परिणामी एजी-पीडी एनपीएस के ऑप्टिकल गुणों को अधिकतम । नाइट्रोबेनजेन को कम करने के लिए प्लाज्मोनिक उत्प्रेरक में एजी-पीडी/जेडआरओ2 एनपीएस के आवेदन के लिए एक प्रोटोकॉल का प्रदर्शन किया गया । हम एलएसपीआर उत्तेजना के लिए 425 एनएम एलईडी रोशनी कार्यरत हैं। गैस क्रोमेटोग्राफी अंधेरे और प्रकाश विकिरण स्थितियों के तहत कमी प्रतिक्रिया के रूपांतरण और चयनता की निगरानी के लिए किया गया था। एलएसपीआर उत्तेजना के कारण एजी-पीडी/जेडआरओ2 एनपीएस में चयनशीलता पर नियंत्रण विशुद्ध रूप से थर्मल चालित स्थितियों के सापेक्ष बढ़ाया गया । इस प्रोटोकॉल में वर्णित विधि गैस क्रोमेटोग्राफी के साथ मिलकर एक साधारण फोटोकैटाइटिक प्रतिक्रिया सेटअप पर आधारित है और इसे आणविक परिवर्तनों और एनपीएस रचनाओं की एक विस्तृत श्रृंखला के लिए अनुकूलित किया जा सकता है। इस प्रकार, यह विधि विभिन्न एनपीएस के रूपांतरण और प्रतिक्रिया चयनशीलता और तरल चरण परिवर्तनों के असंख्य के संदर्भ में फोटोकैटेलिटिक गतिविधि का लक्षण वर्णन संभव बनाती है। हमारा मानना है कि यह लेख इस क्षेत्र में दोनों नए चेहरे और अधिक अनुभवी वैज्ञानिकों के लिए महत्वपूर्ण दिशानिर्देश और अंतर्दृष्टि प्रदान करेगा।
Protocol
Representative Results
Discussion
इस विधि में वर्णित निष्कर्षों से यह प्रदर्शित होता है कि पीडी (या अन्य उत्प्रेरक लेकिन प्लाज्मोनिक धातु नहीं) की आंतरिक उत्प्रेरक गतिविधि को एलएसपीआर उत्तेजन द्वारा द्विधातुलिक एलॉयड एनपीएस35<…
Divulgazioni
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
इस काम को हेलसिंकी विश्वविद्यालय और जेन और आटोस एर्को फाउंडेशन द्वारा समर्थित किया गया था। एसएच फैलोशिप के लिए इरासमस + यूरोपीय संघ के धन का धन्यवाद करता है।
Materials
| 2-Propanol (anhydrous, 99.5%) | Sigma-Aldrich | 278475 | CAS Number 67-63-0 |
| Aniline (for synthesis) | Sigma-Aldrich | 8.22256 | CAS Number 62-53-3 |
| Azobenzene (98%) | Sigma-Aldrich | 424633 | CAS Number 103-33-3 |
| Ethanol | Honeywell | 32221 | CAS Number 64-17-5 |
| Hydrochloric acid (37%) | VWR | PRLSMC310066 | CAS Number 7647-01-0 |
| L-Lysine (crystallized, ≥98.0% (NT)) | Sigma-Aldrich | 62840 | CAS Number 56-87-1 |
| Nitric acid (65%) | Merck | 100456 | CAS Number 7697-37-2 |
| Nitrobenzene | Sigma-Aldrich | 8.06770 | CAS Number 98-95-3 |
| Potassium hydroxide | Fisher | 10448990 | CAS Number 1310-58-3 |
| Potassium tetrachloropalladate (II) (98%) | Sigma-Aldrich | 205796 | CAS Number 10025-98-6 |
| Silver nitrate (ACS reagent, ≥99.0%) | Sigma-Aldrich | 209139 | CAS Number 7761-88-8 |
| Sodium borohydride (fine granular for synthesis) | Sigma-Aldrich | 8.06373 | CAS Number 16940-66-2 |
| Zirconium (IV) oxide (nanopowder, <100 nm particle size (TEM)) | Sigma-Aldrich | 544760 | CAS Number 1314-23-4 |
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