نانوذرات پالادیوم طلا (Au-Pd) در کاربردهای صنعتی مختلف به عنوان نانوکاتالیست استفاده می‌شوند. با این حال، جذب گازهای مختلف می‌تواند تغییرات جزئی در ترکیب نانوکاتالیست‌ها ایجاد کند و بر ویژگی‌های شیمیایی آن‌ها تأثیر بگذارد. توسعه یک روش جدید برای تجزیه و تحلیل این تغییرات ساختاری در نانوذرات Au-Pd برای بهبود عملکرد کاتالیزوری آن‌ها حیاتی است.
کاوش ساختار نانوکاتالیست پالادیوم طلا با میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی
به تازگی محققان با ارائه یک روش آنالیز جدید مبتنی بر میکروسکوپ الکترونی عبوری روبشی درجا (درجا STEM) ترکیب و تغییرات مورفولوژی نانوذرات Au-Pd در محیط‌های گازی مختلف را بررسی کردند.
پالادیوم (Pd) یک کاتالیزور مؤثر برای طیف گسترده‌ای از فرآیندها، از جمله اکسیداسیون مونوکسید کربن (CO)، کاهش اکسید نیتروژن (NO) و هیدروژناسیون آلکین-آلکن است. اگرچه پالادیوم یک عنصر فلزی گران قیمت با گزینش‌پذیری بسیار کم است، اما ویژگی‌های شیمیایی و گزینش‌پذیری آن را می‌توان با ترکیب آن با سایر کمپلکس‌های فلزی اصلاح کرد.
عامل‌دار شدن پالادیوم (Pd) با طلا (Au) یکی از این کامپوزیت‌های مطلوب است. پالادیوم اغلب با طلا ترکیب می‌شود تا استفاده از پالادیوم و ویژگی‌های کاتالیزوری را بهبود بخشد. به‌عنوان مثال، نانوذرات طلا-پالادیوم (Au-Pd) در هیدروژناسیون بوتادین از معادل‌های تک فلزی خود بهتر عمل می‌کنند.
اگرچه نانوذرات Au-Pd می‌توانند ویژگی‌های کاتالیزوری پالادیوم را با پراکندگی مناسب اتم‌های پالادیوم بر روی سطح بهینه‌سازی کنند، این روش به طور قابل‌توجهی مورد تحقیق قرار نگرفته است.
علاوه بر این، کارایی کاتالیزوری نانوذرات Au-Pd به شدت تحت تأثیر مورفولوژی ذرات است. ترکیب، حالت اکسیداسیون و شکل معیارهای مهمی هستند که هنگام بهینه‌سازی فعالیت کاتالیزوری باید در نظر گرفته شوند. ریزساختار سطح و پیکربندی وجهی، به ویژه، تأثیر قابل توجهی بر قابلیت‌های کاتالیزوری دارد.
نانوذرات طلای خالص به طور گسترده با استفاده از روش‌های STEM درجا مورد مطالعه قرار گرفته‌اند، که تغییرات در جهت‌های سطحی و سایش سطحی را هنگام قرار گرفتن در معرض تنظیمات گازی در دماهای بالا آشکار می‌کند. با این حال، در مطالعات نسبتا کمی از STEM درجا بر روی سیستم‌های Au-Pd استفاده شده است.
اثر ادغام پالادیوم در بلور طلا به خوبی شناخته شده نیست، به ویژه هنگامی که گازها و دماهای مختلف استفاده می‌شوند. برای پاسخ به این سؤالات، محققان در این مطالعه یک بررسی STEM درجا از ذرات مستقل Au-Pd در محیط‌های گازی مختلف، مانند اکسیژن، هیدروژن، مونوکسید کربن و دی اکسید کربن در دماهای مختلف انجام دادند. نتایج نشان دادکه نمونه نانوذرات Au-Pd آماده شده دارای ساختار هسته-پوسته با یک لایه غنی از پالادیوم بر روی سطح است.
نتایج مشاهده‌شده تجربی با تخمین‌های تئوری تابعی چگالی (DFT) از انرژی سطح برای درک اولویت ترمودینامیکی اساسی برای تغییر ساختاری در نانوذرات خالص Pd و Au-Pd مطابقت دارد.
محققان بخش‌های تیزتری را بر روی سطح نانوذرات Au-Pd در معرض اکسیژن یا هوا در دمای ۴۰۰ درجه سانتیگراد یافتند. جزایر کوچک‌تر پالادیوم روی سطح پیدا شدند. تغییرات ظریف در زبری سطح زمانی که اکسیژن با هیدروژن در دمای ۴۰۰ درجه سانتیگراد جایگزین شد، مشاهده شد که با محاسبات تئوری تابعی چگالی (DFT) مطابقت دارد. هنگامی‌که مونوکسید کربن در دمای اتاق و ۲۰۰ درجه سانتیگراد تزریق شد، این ذرات تمیزی سطح خود را از دست دادند. جذب مولکول‌های مونوکسید کربن روی سطح یک ذره، سطح را تغییر داد.
