Bimetaliczne nanocząstki metali szlachetnych o kontrolowanym

Nr wniosku: 185498, nr raportu: 18673. Kierownik (z rap.): dr hab. Paweł Wojciech Uznański
Bimetaliczne nanocząstki metali szlachetnych o kontrolowanym składzie i strukturze
Nanocząstki (NCz) metali szlachetnych są szczególnie interesujące ze względu na swoją odporność
korozyjną, stabilność oraz wyjątkowe właściwości absorpcyjno-elektronowe. Celem projektu była
synteza i szeroka charakterystyka bimetalicznych nanocząstek palladu, złota i srebra (Pd, Au, Ag) w
postaci stopów (Pdx:Ag1-x) i kompozytów typu rdzeń-powłoka (Pd@Ag) oraz poznanie wpływu
bimetalizacji na właściwości elektronowe, optyczne i przewodzące w porównaniu z
jednoskładnikowymi układami tych metali. Nanocząstki były stabilizowane ligandami
karboksylanowymi i aminowymi, które słabo oddziałują z powierzchnią metalu, w przeciwieństwie
do chemicznie silnie adsorbowanych tioli. Takie nanoukłady można w pełni wykorzystać w
sensorach wodoru lub heterogennej katalizie.
Testowane były niskotemperaturowe metody syntez bimetalicznych NCz: (a) redukcja
karboksylanów Pd, Au i Ag wodorem pod ciśnieniem, (b) redukcja z zastosowaniem
wodorosilanów ((SiHMe)2O, (SiHMe)2NH), (c) redukcja w plazmie wodorowej w reaktorze CVD
(chemiczne osadzanie z fazy gazowej) oraz d) redukcja wysokotemperaturowa. Skład i strukturę
bimetalicznych nanocząstek zgodnie z zadaną stechiometrią kontrolowano wprowadzając
nadmiarową alkiloaminę, która w niepolarnych rozpuszczalnikach tworzy rozpuszczalne kompleksy
z solami karboksylowymi Ag i Pd o stechiometrii 1:2. Kompleksy (bis)amino-karboksylanowe z
jednej strony znacząco obniżają temperaturę dekompozycji karboksylanowych prekursorów
nanocząstek, z drugiej ligandy kompleksu stabilizują NCz, co umożliwia sporządzenie atramentów.
Atramenty są stężonymi roztworami metali stosowane do wytwarzania ciągłych warstw
nanocząstek o dużym stopniu uporządkowania (Rys).
Rys. (a) Obraz z elektronowego mikroskopu skaningowego (SEM) NCz stopowych Pd20/Ag80 (d~5 nm). (b)
Konstrukcja sensorycznej warstwy NCz Pd/Ag do pomiarów przewodnictwa elektrycznego w obecności H2. (c) Zmiany
przewodnictwa warstwy sensorycznej NCz w funkcji składu gazowej mieszaniny H2/N2 przepływającej nad warstwą.
Obecność wodoru w komórce pomiarowej można zatem monitorować zmianami przewodnictwa elektrycznego
warstwy.
W oparciu o bimetaliczne NCz Pd/Ag skonstruowano sensor wodoru, którego działanie
opiera się na adsorpcji wodoru przez NCz i zmianie przewodnictwa warstwy (Rys). Zaletą
bimetalizacji jest zahamowanie mechanicznego zmęczenia metalu w stosunku do czystego Pd
podczas cykli adsorpcji/desorpcji wodoru oraz rozszerzenie działania na wyższe stężenia. Wyniki
badań mają znaczenie w technologiach stosujących wodór jako alternatywne źródła energii oraz w
katalizatorach dzięki tworzeniu się superstruktur NCz.
Za pomocą technik NMR badano również mechanizmy stabilizacji koloidów nanocząstek
metali szlachetnych oraz tworzenie się trwałych kompleksów amino-karboksylanowych, które
obniżają temperaturę dekompozycji karboksylanowych prekursorów.