View
64
Download
1
Category
Preview:
DESCRIPTION
Nanocząstki złota – ich stabilizacja oraz aktywacja wybranymi polioksometalanami oraz polimerami przewodzącymi. Sylwia Żołądek Pracownia Elektroanalizy Chemicznej w Zakładzie Chemii Analitycznej i Nieorganicznej - PowerPoint PPT Presentation
Citation preview
Nanocząstki złota – ich stabilizacja oraz aktywacja wybranymi polioksometalanami oraz polimerami przewodzącymi
Sylwia Żołądek
Pracownia Elektroanalizy Chemicznej w Zakładzie Chemii Analitycznej i Nieorganicznej
Kierownik: prof. dr hab. P. J. Kulesza Opiekun: mgr A. Kolary-Żurowska, dr M. Chojak
Schemat nanocząstki Au modyfikowanej warstwą heteropolianionu (Au-
PMo12)
Zdjęcie mikroskopowe nanocząstek Au-PMo12
otrzymane za pomocą transmisyjnego mikroskopu
elektronowego
Technologia projektowania funkcjonalnych nanocząstek metali szlachetnych cieszy się dużym zainteresowaniem z punktu widzenia ich potencjalnego zastosowania jako układów katalitycznych w ogniwie paliwowym. Niestety duża energia powierzchniowa nanocząstek staje się przyczyną ich aglomeracji prowadzącej do degradacji ich cennych właściwości. Z powyższych względów niezbędna jest kontrola stanu nanocząstek realizowana na drodze spontanicznej chemisorpcji warstw molekularnych na ich powierzchniach. Największe zastosowanie w dziedzinie stabilizacji klasterów złota znajdują związki organotiolowe tworzące zorganizowane monowarstwy unieruchomione na powierzchni złota na drodze chemisorpcji. Niestety alkanotiole pasywują powierzchnie nanocząstek Au zmniejszając ich właściwości katalityczne. Dlatego interesującą alternatywę dla tych układów mogą stanowić wielocentrowe układy redoks, takie jak heteropolikwasy molibdenu lub wolframu.
Woltamogram monowarstwy nanocząstek złota
stabilizowanych H3PMo12 O40 zaadsorbowanej na elektrodzie
z węgla szklistego
Elektrokatalityczna redukcja nadtlenku wodoru na monowarstwie
Au-PMo12
Celem niniejszej pracy było opracowanie metodologii otrzymywania stabilnych roztworów koloidalnych nanocząstek złota modyfikowanych hereopolikwasem fosfododekamolibdenowym (PMo12). Badania objęły również przygotowanie i charakterystykę zorganizowanych monowarstw nanocząstek złota stabilizowanych za pomocą PMo12 oraz hybrydowych układów kompozytowych złożonych z ultracieńkich warstw PMo12, polimerów przewodzących (polianiliny oraz polipirolu) oraz klasterów złota. Mając na uwadze przyszłościowe zastosowania badanych układów w ogniwach paliwowych, zostały przeprowadzone próby mające na celu ocenę ich aktywności katalitycznej wobec redukcji nadtlenku wodoru (produktu pośredniego elektroredukcji tlenu).
Schemat tworzenia układu wielowarstwowego nAu-PMo12 / (n-1) PANI lub PPy
stabilizowanych przez
W?g
iel szklisty Polimeryzacja
elektrochemiczna
Au
1.Roztwór nanocząstek
PMo12O403-
1.Roztwór złota
PMo12O403-
W?g
iel szklisty
Węg
iel szklisty Polimeryzacja
elektrochemiczna
2. Roztwór monomerów (aniliny
lub pirolu)
Węgiel szklisty
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7-30
-20
-10
0
10
20
j /
A c
m-2
E / V vs Ag / AgCl
H3PMo12O40 (PMo12) – struktura Keggina
Krzywe woltamperometryczne zarejestrowane dla elektrody z węgla
szklistego modyfikowanej wielowarstwą 4Au-PMo12 / 3 PANI
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8
-45
-30
-15
0
15
30
45
4 Au-PMo12 /3 PANI
3 Au-PMo12 / 2 PANI
2 Au-PMo12 / PANI
Au-PMo12
j /
A c
m-2
E / V vs Ag / AgCl -0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
-40
-30
-20
-10
0
10
20
30
Au-PMo122 Au-PMo12 / PPyI3 Au-PMo12 / 2 PPy
j /
A c
m-2
E / V vs Ag / AgCl
700 750 800 850 900 950 1000 1050 1100
10
66
97
9
89
1
82
5
Ab
sorb
an
cja
(b) Au - PMo12
z 0.1M H2SO
4
na Au
10
65
96
1
87
1
(a) PMo12
w KBr 78
7
10
6698
2
88
8
82
5
(c) Au - PMo12
z H2O
na Au
Liczba falowa / cm-1
1000 1500 2000 2500 3000
29
21
16
10
12
41
10
65
97
9
89
18
25
Ab
so
rba
ncja
(b) Au - PMo12
z 0.1M H2SO
4
na Au
10
65
98
1
88
88
25
(c) Au - PMo12
z H2O
na Au
Liczba falowa / cm-1
16
40
(a) Au - tiol w KBr
29
53
29
18
28
49
14
57
13
77
12
81
12
61
11
98
72
3
11
10
Spektroskopia (IR) potwierdziła podstawienie łańcuchów alkanotioli za pomocą anionów fosfododekamolibdenianowych i unieruchomienie PMo12 na powierzchni nanocząstek złota
na drodze chemisorpcji
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7
-9
-8
-7
-6
-5
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
j /
A c
m-2
E / V vs Ag / AgCl
Podsumowanie
Podstawienie łańcuchów alkanotioli anionami fosfododekamolibdenowymi (PMo12)
zachodzi z dużą wydajnością co umożliwia stabilizacje i zwiększenie powierzchni aktywnej nanocząstek złota
Stwierdzono, że nanocząstki złota wydają się być interesującymi matrycami służącymi do immobilizacji ultracienkich warstw heteropolikwasu PMo12.
Wprowadzenie jednostek polianiliny lub polipirolu pomiędzy nieorganiczne monowarstwy Au-PMo12 pozwala na przygotowanie zorganizowanych układów
kompozytowych zawierających rozdyspergowane klastery złotaRozważane układy monowarstw oraz wielowarstw wykazały aktywność
katalityczną wobec redukcji H2O2, w konsekwencji mogą znaleźć zastosowanie jako składnik katalizatora dwufunkcyjnego dla reakcji redukcji tlenu w ogniwie
paliwowym
Pt
7-10 nm1.2 nm 1.2 nm
Au
7-1.2 nm 1.2 nm
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8-14
-12
-10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
E / V vs Ag / AgCl
j /
A c
m-2
Elektrokatalityczna redukcja nadtlenku wodoru na
wielowarstwie nAu-PMo12 / (n-1) PANI
-0,1 0,0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7-25
-20
-15
-10
-5
0
5
j /
A c
m-2
E / V vs Ag / AgCl
Elektrokatalityczna redukcja nadtlenku wodoru na
wielowarstwie nAu-PMo12 / (n-1) PPy
Krzywe woltamperometryczne zarejestrowane dla elektrody z
węgla szklistego modyfikowanej wielowarstwą
3Au-PMo12 / 2PPy
Naprzemienne zanurzanie elektrody z węgla szklistego w roztworach modyfikujących
nanoczastek Au-PMo12 oraz sprotonowanych monomerów aniliny lub pirolu pozwoliło na
systematyczne i kontrolowane zwiększenie ilości katalizatora na powierzchni elektrody. Powyższe
postępowanie umożliwiło uzyskanie zorganizowanych układów kompozytowych
zawierających nanocząstki złota zdolnych do szybkiej propagacji ładunku
510-3 mol dm-3
1510-3 mol dm-3
1010-3 mol dm-3
2010-3 mol dm-3
0.5 mol dm-3 H2SO4
0.5 mol dm-3
H2SO4
510-3 mol dm-3
1010-3 mol dm-3
1510-3 mol dm-3
2010-3 mol dm-3
510-3 mol dm-3
1010-3 mol dm-3
1510-3 mol dm-3
210-3 mol dm-3
0.5 mol dm-3 H2SO4
2010-3 mol dm-3
Recommended