การปรับประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของอนุภาคนาโนโลหะคู่รูปแผ่นโลหะเงินแกนกลาง@แพลเลเดียมเปลือกหุ้ม (Ag@Pd) ต่อการสลายตัวของกรดฟอร์มิก
Abstract
งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์เพื่อออกแบบและควบคุมการสังเคราะห์อนุภาคนาโนโลหะคู่ ที่มีโลหะแพลเลเดียมแป็นปลือกหุ้มและอนุภาคโลหะเงินรูปแผ่นเป็นแกนกลาง เพื่อใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาประสิทธิภาพสูงสำหรับการผลิตแก๊สไฮโดรเจนจากการสลายตัวของกรดฟอร์มิกที่อุณหภูมิห้อง ขั้นแรกเป็นการควบคุมการสังเคราะห์อนุภาคนาโนโลหะเงินรูปแผ่นโดยใช้ไดเมทิลฟอร์มาไมด์เป็นตัวรีดิวซ์และพอลิ-เมอร์พอลีไวนิลไพโรลิโดนเป็นสารช่วยเสถียร ขั้นต่อไปเป็นการเกิดปฏิกิริยารีดักชันของแพลเลเดียมไอออนและการควบคุมการเกาะของแพลเลเดียมอะตอมบนพื้นผิว ศึกษาขนาดและรูปร่างของอนุภาคที่เตรียมได้โดยเทคนิคจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดส่องผ่าน วิเคราะห์โครงสร้างพื้นผิวจากเซอร์เฟจ พลาสมอน เรโซแนนซ์โดยเทคนิคยูวี-วิสิเบิล สเปกโทรสโกปี และจากการดูดซับคาร์บอนมอนอกไซด์บนพื้นผิวโดยเทคนิคอินฟราเรด สเปกโทรสโกปี ผลการศึกษาสามารถยืนยันได้ว่าอนุภาคนาโนที่เตรียมได้มีโครงสร้างเป็นโลหะคู่ชนิดเปลือกหุ้มแกนกลาง (โลหะเงิน@แพลเลเดียม) ผลการทดสอบประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยา พบว่ามีประสิทธิภาพสูงต่อปฏิกิริยาการสลายตัวของกรดฟอร์มิก สามารถผลิตแก๊สรวม (ไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์) ที่อุณหภูมิห้อง (30 องศาเซลเซียส) เท่ากับ 6.25 ลิตร ต่อปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา 1 กรัม ที่เวลา 1 ชั่วโมง โดยสูงกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะเดี่ยวแพลเลเดียมถึง 2.5 เท่า เนื่องจากผลการทำงานร่วมกันของโลหะสองชนิด ซึ่งสามารถอธิบายโดยสมบัติเชิงอิเล็กตรอนและสมบัติเชิงโครงสร้างReferences
Bradley, J. S.; Millar, J. M.; Hill, E. W.; Behal, S.; Chaudret, B.; Duteil, A. (1991), Surface chemistry on colloidal metals: spectroscopic study of adsorption of small molecules. Faraday Discussions, 92, 255-268.
Choi, J. H., Jeong K-J., Dongb Y., Hanb J., Limb, T-H., Lee J-S., Sung, Y-E. (2006). Electro-oxidation of methanol and formic acid on PtRu and PtAu for direct liquid fuel cells. Journal of Power Sources, 163, 71–75
Grob A., (2006). Reactivity of bimetallic systems studied from first principles, Topics in Catalysis, 37, 29-38.
Ha, S., Dunbar, Z, Masel, R.I. (2006). Characterization of a high performing passive direct formic acid fuel cell. Journal of Power Sources. 158, 129–136.
Kim, D., Jeong, S. Moon, J., (2006). Synthesis of silver nanoparticles using the polyol process and the influence of precursor injection. Nanotechnology, 17, 4019-4024.
Liu, Z., Hong, L.,Tham, M. P., Lim, T. H., Jiang, H., (2006). Nanostructured Pt/C and Pd/C catalysts for direct formic acid fuel cells J. Power Sources 161, 831-835
Semagina, N., Kiwi-Minsker, L. (2009). Recent advances in the liquid-phase synthesis of metal nanostructures with controlled shape and size for catalysis. Catalysis Reviews, 51:2, 147-217.
Silvert, P., Herrera-Urbina, R. Duvacuchelle, N. Vijayakrishnan, V. Elhsissen, K. T. (1996). Preparation of colloidal silver dispersions by the polyol process. Part 1-Synthesis and characterization. J. Mater. Chem., 6(4), 573-577.
Tedsree, K., Li, T., Jones, S., Chan, C.W.C., Yu, K.M.K., Bagot, P.A.J. et.al. (2011). Hydrogen production from formic acid decomposition at room temperature using a Ag-Pd core-shell nanocatalyst. Nature technology, 6, 2010.
Toshima, A., Yonezawa, T. (1998). Bimetallic nanoparticles-novel maerials for chemical and physical applications. New J. Chem., 1179-1201.
Wang, W., CaO, G., (2007). Synthesis and structural investigation of Pd/Ag bimetallic nanoparticles prepared by the solvothermal method. Journal of Nanoparticle Research, 9, 1153–1161.
Washio, I. Xiong,, Y., Yin, Y., Xia, Y. (2006). Reduction by the End Groups of Poly(vinyl pyrrolidone): A New and versatile route to the kinetically controlled synthesis of Ag triangular nanoplates. Adv. Mater. 18, 1745-149.
Widoniak, J., Eiden-Assmann, S., Maret G. (2005) Silver particles tailoring of shapes and sizes. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 270–271, 340–344.
Choi, J. H., Jeong K-J., Dongb Y., Hanb J., Limb, T-H., Lee J-S., Sung, Y-E. (2006). Electro-oxidation of methanol and formic acid on PtRu and PtAu for direct liquid fuel cells. Journal of Power Sources, 163, 71–75
Grob A., (2006). Reactivity of bimetallic systems studied from first principles, Topics in Catalysis, 37, 29-38.
Ha, S., Dunbar, Z, Masel, R.I. (2006). Characterization of a high performing passive direct formic acid fuel cell. Journal of Power Sources. 158, 129–136.
Kim, D., Jeong, S. Moon, J., (2006). Synthesis of silver nanoparticles using the polyol process and the influence of precursor injection. Nanotechnology, 17, 4019-4024.
Liu, Z., Hong, L.,Tham, M. P., Lim, T. H., Jiang, H., (2006). Nanostructured Pt/C and Pd/C catalysts for direct formic acid fuel cells J. Power Sources 161, 831-835
Semagina, N., Kiwi-Minsker, L. (2009). Recent advances in the liquid-phase synthesis of metal nanostructures with controlled shape and size for catalysis. Catalysis Reviews, 51:2, 147-217.
Silvert, P., Herrera-Urbina, R. Duvacuchelle, N. Vijayakrishnan, V. Elhsissen, K. T. (1996). Preparation of colloidal silver dispersions by the polyol process. Part 1-Synthesis and characterization. J. Mater. Chem., 6(4), 573-577.
Tedsree, K., Li, T., Jones, S., Chan, C.W.C., Yu, K.M.K., Bagot, P.A.J. et.al. (2011). Hydrogen production from formic acid decomposition at room temperature using a Ag-Pd core-shell nanocatalyst. Nature technology, 6, 2010.
Toshima, A., Yonezawa, T. (1998). Bimetallic nanoparticles-novel maerials for chemical and physical applications. New J. Chem., 1179-1201.
Wang, W., CaO, G., (2007). Synthesis and structural investigation of Pd/Ag bimetallic nanoparticles prepared by the solvothermal method. Journal of Nanoparticle Research, 9, 1153–1161.
Washio, I. Xiong,, Y., Yin, Y., Xia, Y. (2006). Reduction by the End Groups of Poly(vinyl pyrrolidone): A New and versatile route to the kinetically controlled synthesis of Ag triangular nanoplates. Adv. Mater. 18, 1745-149.
Widoniak, J., Eiden-Assmann, S., Maret G. (2005) Silver particles tailoring of shapes and sizes. Colloids and Surfaces A: Physicochem. Eng. Aspects, 270–271, 340–344.
