Журнал неорганической химии. T. 68, Номер 11, 2023

  1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Журнал неорганической химии
  4. T. 68, № 11, 2023

Журнал неорганической химии, 2023, T. 68, № 11, стр. 1537-1545

Взаимодействие высокодисперсных металлических порошков никеля с водными растворами Pd(II) в гидротермальных условиях

Р. В. Борисов a, b, *, О. В. Белоусов a, b, М. Н. Лихацкий a, А. М. Жижаев a

a Институт химии и химической технологии СО РАН
660036 Красноярск, Академгородок, 50/24, Россия

b Сибирский федеральный университет
660041 Красноярск, пр-т Свободный, 79, Россия

* E-mail: roma_boris@list.ru

Поступила в редакцию 06.04.2023
После доработки 15.06.2023
Принята к публикации 16.06.2023

Полный текст (PDF)

Аннотация

Исследованы процессы контактного взаимодействия металлических порошков никеля с размером агрегированных частиц 300–400 нм с водными растворами палладия(II) в автоклавах при повышенных температурах в кислых и щелочных средах. Установлено, что при контакте металлического никеля с водными растворами хлорида палладия(II) в 0.01 М соляной кислоте при температурах 100 и 130°С в течение 15 мин концентрация ионов двухвалентного палладия снижается до нуля; процесс сопровождается частичным переходом никеля в раствор. Осадки представляют собой смесь металлических частиц никеля и палладия переменного состава. В случае контакта металлического никеля с растворами хлорида тетраамминпалладия(II) при температурах 160 и 170°С в среде 0.1 М гидроксида калия образуются металлические частицы палладия размером 5–25 нм на поверхности более крупных частиц никеля. Рентгеновской фотоэлектронной микроскопией установлено строение биметаллических частиц.

Ключевые слова: нанопорошки, никель, палладий, биметаллы, гидротермальный синтез

ВВЕДЕНИЕ

Контролируемый синтез биметаллических наночастиц и создание функциональных материалов на основе цветных и благородных металлов с заданными структурными характеристиками, химическим составом и строением относятся к ключевым проблемам современного материаловедения [1–5]. Такие материалы получили широкое распространение в самых разных областях ввиду особенностей структуры и сочетания физико-химических свойств.

К сожалению, использование моно- и биметаллических наночастиц цветных металлов, таких как никель, железо, кобальт, обладающих ярко выраженными ферромагнитными свойствами, ограничено вследствие невысокой химической стойкости [6, 7]. Поверхностная модификация подобных материалов химически инертными благородными металлами (золото, серебро, палладий, платина, родий) позволяет эффективно снизить скорость процесса окисления магнитных металлических наноматериалов, что расширяет возможности их применения [8, 9]. Среди ключевых областей использования указанных материалов можно отметить создание магнитных сенсоров, систем записи и хранения информации [10, 11], применение в каталитических процессах органического синтеза и переработки нефтепродуктов [12, 13], в биологии и медицине (например, адресная доставка лекарств, контрастные вещества для диагностической визуализации и др.) [14, 15], электрохимии и электронике [16, 17].

В настоящее время для синтеза моно- и биметаллических наночастиц используют широкий спектр методов: осаждение из газовой фазы, совместное осаждение, золь-гель процесс, синтез в обратных мицеллах, термическое разложение двойных комплексных солей, цементацию, гидротермальный способ и другие [18–26]. Среди многообразия методов получения широкое распространение получило химическое восстановление из растворов соответствующих солей [22–27]. Наиболее часто синтез проводят в открытых системах в восстановительной среде в присутствии стабилизирующих агентов. Например, никель в виде наночастиц может быть синтезирован восстановлением солей в присутствии полиакрилатов натрия гидразингидратом [24] или тетрагидроборатом натрия [25–27]. Варьируя концентрацию стабилизатора и температуру процесса, можно получить частицы металла необходимого размера. В работе [27] синтезированы биметаллические частицы никель-золото с размерами ядра никеля 6–10 нм, покрытые слоем золота толщиной 1–2 нм. Материал получен восстановлением раствора сульфата никеля сверхстехиометрическим количеством тетрагидридобората натрия, а затем покрыт слоем золота цементацией.

Ввиду того, что наиболее часто восстановителем является газообразный водород, выделяющийся в ходе химических процессов, предпочтительнее использовать закрытые системы. Проведение процессов в автоклавах позволяет эффективно применять реагенты, практически не превышая стехиометрические соотношения, стандартизировать условия экспериментов и, что наиболее важно, снижать негативную нагрузку на окружающую среду [28–33]. Автоклавные процессы активно используются не только в гидрометаллургии цветных и благородных металлов, но и в биологических и химических исследованиях [28]. Например, ультратонкие частицы металлического никеля могут быть получены в закрытых системах при температурах >110°С [28, 30–32]. Так, в работе [31] соль никеля восстанавливали гидратом гидразина в присутствии поверхностно-активных веществ и щелочи в тефлоновом автоклаве. В [32] исследовано восстановление Ni(OH)2 до ультрадисперсного металлического никеля с размером частиц 10 нм в гидротермальных условиях этиленгликолем при температуре ⁓160°C без загрязнения окружающей среды [32]. В работе [33] был проведен процесс восстановления никеля гидразином под действием микроволнового излучения при 100 и 140°С в водно-этиленгликолевой смеси в присутствии стабилизирующего агента, который оказывает существенное влияние на морфологию и магнитные свойства продукта.

Таким образом, химические методы, в том числе гидротермальные с использованием автоклавных технологий, перспективно использовать для получения биметаллических функциональных материалов на основе цветных и благородных металлов. Представляет интерес разработка методов синтеза биметаллических частиц Ni–Pd, не загрязненных стабилизирующими агентами и побочными продуктами синтеза.

Цель настоящей работы – исследование процессов формирования и установление особенностей строения биметаллических частиц никеля-палладия, образующихся в результате контакта порошков высокодисперсного никеля с растворами палладия(II) в гидротермальных условиях.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В работе использовали NiCl2 · 6H2O “х. ч.”, PdCl2 “ч.”, соляную кислоту “ос. ч. 20-4”, аммиак водный “ос. ч. 23-5”, гидроксид калия “х. ч.”, 64% N2H4 ⋅ H2O “х. ч.”, аргон газообразный высокой чистоты. Эксперименты проводили в лабораторных кварцевых и фторопластовых автоклавах объемом 30–45 см3, конструкция которых описана в работах [34–37]. Хлорид тетраамминпалладия(II) синтезировали по методике, представленной в работе [36].

Синтез исходных высокодисперсных металлических порошков никеля осуществляли восстановлением щелочных растворов NiCl2 · 6H2O гидразингидратом при температуре 110°С по методике, детально изложенной в работе [29].

Изучение растворимости высокодисперсных порошков никеля в растворах соляной кислоты различной концентрации проводили по следующей схеме. В кварцевый автоклав вливали определенный объем раствора соляной кислоты требуемой концентрации. Во фторопластовую чашечку, которую закрепляли на внутренней поверхности крышки автоклава, помещали требуемую навеску порошка никеля (обычно 100 мг). Через раствор c помощью капилляра в течение 1 ч пропускали аргон. Барботирование и герметизацию автоклава осуществляли в боксе, который заполняли аргоном. Затем автоклав в вертикальном положении вставляли в отверстие вала воздушного термостата, нагретого до заданной температуры (100 или 130°С). После прогрева реактора до необходимой температуры (40 мин) включали перемешивание, обеспечивая смешение твердой фазы и раствора. После термостатирования автоклав охлаждали проточной водой и разбирали. Аликвоту раствора отбирали для анализа, а осадок промывали деионизированной водой до отрицательной реакции на хлорид-ионы и сушили при температуре 100°С под вакуумом.

Формирование биметаллических частиц в результате взаимодействия металлического никеля с водными растворами палладия(II) проводили по аналогичной схеме. В кварцевый автоклав заливали свежеприготовленный раствор, полученный растворением навески хлорида палладия в соляной кислоте (обычно 0.01 моль/л) c добавлением хлорида калия до концентрации по хлорид-иону 0.1 моль/л. Добавление хлорида калия позволяло сохранить состояние палладия(II) в виде комплексного иона [PdCl4]2–.

Другой способ получения биметаллических частиц Ni–Pd – разложение хлорида тетраамминпалладия(II) в щелочных средах при температурах 160–180°С. Данный подход был реализован в работах [35, 37] для формирования наночастиц металлов платиновой группы (Pd, Pt, Pt–Pd, Ir–Pd) на углеродных подложках. Для этого во фторопластовый реактор помещали навеску порошка металлического никеля, заливали 20 мл раствора, приготовленного растворением навески хлорида тетраамминпалладия(II) в 0.1 М растворе КОН, затем продували систему аргоном и герметизировали. Автоклав помещали в нагретый до заданной температуры термостат на 40 мин и включали перемешивание в вертикальной плоскости. После эксперимента автоклав разбирали, жидкую фазу отбирали на анализ, а твердую многократно промывали дистиллированной водой и сушили при 100°С.

Рентгеновские дифрактограммы регистрировали в диапазоне углов 2θ от 30° до 90° с шагом 0.02° на настольном дифрактометре Proto AXRD (Proto Manufacturing, Канада) с использованием CuKα-излучения с накоплением в точке 3 с.

Исследование морфологических особенностей частиц проводили методом сканирующей электронной микроскопии на приборах ТМ4000 (Hitachi, Япония) с системой микроанализа Quantаx 70 (Bruker, Германия) и S5500 (Hitachi, Япония). При помощи рентгеноспектрального микроанализа оценивали равномерность распределения частиц по носителю и их морфологию.

Регистрацию изотерм адсорбции азота для исследуемых материалов проводили на анализаторе ASAP-2420 (Micromeritics, USA) при 77 K. Расчет удельных поверхностей осуществляли с использованием модели БЭТ.

Рентгеновские фотоэлектронные спектры записывали на спектрометре SPECS с полусферическим энергоанализатором PHOIBOS 150 MCD9 при возбуждении монохроматизированным MgKα-излучением анода рентгеновской трубки (1253.6 эВ) при энергии пропускания энергоанализатора 20 эВ для обзорных спектров или 8 эВ (узкие сканы). Обработку спектров выполняли с помощью программного пакета CasaXPS. Максимум спектра C1s (285.0 эВ) углеводородных загрязнений был использован для коррекции электростатической подзарядки. Спектры Pd3d5/2, 3/2 после вычитания нелинейного фона по Ширли аппроксимировали дублетами асимметричной гаусс-лоренцевой формы (параметры α = 1.1, β = 2.4 и μ = 40) со спин-орбитальным расщеплением 5.3 эВ и отношением интенсивностей 0.68 и 0.75 соответственно.

Содержание ионов никеля и палладия в растворах определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии на спектрометре AAnalyst-400 (Perkin Elmer, США).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Синтез исходных порошков металлического никеля в необходимом для работы количестве (10 г) проводили по ранее разработанной методике [29] при 110°С путем восстановления растворов хлорида никеля гидразин-гидратом в закрытых системах и последующего объединения материалов. Процесс получения никеля(0) в указанных условиях схематично может быть записан в виде уравнения:

(1)
$\begin{gathered} 2({\text{NiC}}{{{\text{l}}}_{2}} \cdot {\text{6}}{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O)}} + {{{\text{N}}}_{{\text{2}}}}{{{\text{H}}}_{4}}_{{}} \cdot {{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{О}} + 4{\text{NaOH}} = \\ = \,\,2{\text{Ni}} + 4{\text{NaCl}} + {{{\text{N}}}_{2}} + 17{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{О}}. \\ \end{gathered} $

Согласно данным рентгенофазового анализа, твердая фаза представляет собой металлический никель с небольшим количеством (<1%) гидроксида никеля. Ранее в работе [29] методом рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии было показано, что несколько атомных слоев гидроксида покрывают ядро металлического никеля. По данным сканирующей электронной микроскопии, материал представлен частицами сферической формы с диаметром ⁓100–120 нм, которые агрегированы в более крупные образования размером 300–400 нм. Удельная поверхность материала составляет 8 м2/г. Все дальнейшие эксперименты проводили с использованием порошка никеля(0) с указанными выше структурными характеристиками.

Ввиду того, что в водных растворах хлористоводородной кислоты происходит растворение порошков металлического никеля, необходимо подобрать условия, которые позволят удалить поверхностные пленки окисленного никеля в соответствии с реакцией (2):

(2)
${\text{Ni}}{{\left( {{\text{OH}}} \right)}_{2}} + 2{\text{HCl}} = {\text{NiC}}{{{\text{l}}}_{2}} + {\text{2}}{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}}$
и не допустить значительного перехода в раствор металлического никеля, сопровождаемого выделением водорода (3):

(3)
${\text{Ni}} + 2{\text{HCl}} = {\text{NiC}}{{{\text{l}}}_{{\text{2}}}} + {{{\text{H}}}_{2}}.$

Проведены эксперименты (табл. 1) по исследованию взаимодействия никеля с растворами соляной кислоты разной концентрации при температурах 100 и 130°С. С целью исключения процессов окисления никеля кислородом воздуха:

(4)
$2{\text{Ni}} + 4{\text{HCl}} + {{{\text{O}}}_{2}} = 2{\text{NiC}}{{{\text{l}}}_{{\text{2}}}} + {\text{2}}{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}},$
в автоклаве создавали инертную атмосферу.

Таблица 1.  

Доля растворенного никеля в зависимости от условий проведения автоклавных экспериментов (в атмосфере аргона)

№ опыта Условия экспериментов α, %
t, °С τ, мин СHCl, моль/л
1 100 15 0.001 3.3
2 30 0.001 3.4
3 60 0.001 3.9
4 120 0.001 4.0
5 130 15 0.1 98.1
6 60 0.1 100
7 15 0.01 7.6
8 60 0.01 12.8
9 15 0.001 5.5
10 60 0.001 7.3

Примечание. α – растворимость никеля.

Оптимальная концентрация соляной кислоты составляла не более 0.01 моль/л, что согласуется с расчетными данными. При такой концентрации соляной кислоты и температуре 130°C в раствор переходит <12% никеля, рН раствора смещается в нейтральную область. Процесс растворения никеля протекает в первые 15 мин, дальнейшее увеличение времени приводит к незначительным изменениям.

Взаимодействие металлического никеля с растворами Pd(II) в кислых средах

В предыдущих работах на примере систем Au–Pd, Au–Pt и других [34, 35, 38] было показано, что более электроположительным металлом можно восстанавливать благородные металлы из их водных растворов комплексных соединений. В результате формируются биметаллические частицы различного строения и заданного состава. Следует ожидать, что металлический никель будет восстанавливать Pd(II) из растворов:

(5)
${\text{N}}{{{\text{i}}}^{0}} + {\text{P}}{{{\text{d}}}^{{2 + }}} = {\text{N}}{{{\text{i}}}^{{2 + }}} + {\text{P}}{{{\text{d}}}^{0}}.$

Однако, в отличие от благородных металлов, расположенных в ряду напряжений правее водорода, никель в кислых средах способен растворяться с выделением водорода, который, в свою очередь, восстанавливает металлы платиновой группы. Поэтому эксперименты проводили при низких концентрациях соляной кислоты в растворе, чтобы предпочтительным был процесс контактного восстановления (цементации) палладия(II) металлическим никелем.

В табл. 2 приведены условия экспериментов и данные о составе осадков, полученных в результате процесса (5). В ходе гидротермальной обработки происходит растворение металлического никеля и восстановление палладия(II) до металла. Состав продуктов был рассчитан сведением материального баланса количеств металлов в твердой и жидкой фазах. Процесс (5) при температуре 130°С протекает количественно уже в первые 15 мин. Варьируя начальные мольные соотношения (n(Ni/Pd)), можно формировать осадки необходимого состава.

Таблица 2.  

Изменение мольного соотношения n(Ni/Pd) в зависимости от условий проведения реакции контактного взаимодействия металлического никеля (100 мг) с хлоридом палладия(II) в 0.01 М растворе соляной кислоты

№ образца Исходные условия Твердая фаза после опыта
t, °С τ, мин PdCl2, ммоль n(Ni/Pd)
1 100 60 0.28 6.0 4.7
2 60 0.14 12.0 10.4
3 60 0.07 24.0 22.0
4 130 15 0.23 7.5 6.0
5 60 0.23 7.5 6.0
6 15 0.28 6.0 4.5
7 60 0.28 6.0 4.5

На рис. 1а приведены рентгеновские дифрактограммы продуктов взаимодействия металлического никеля с ионами двухвалентного палладия в солянокислых растворах в гидротермальных условиях. Рефлексы на дифрактограммах соответствуют двум фазам индивидуальных металлов: никеля (параметр решетки а = 0.3524 нм, JCPDS 65-2865) и палладия (а = 0.3889 нм, JCPDS 89-4897). Образование твердых никель-палладиевых растворов в указанных условиях не зафиксировано. Проведена оценка размеров областей когерентного рассеяния с использованием уравнения Шеррера [42]. Размер кристаллитов палладия составил ⁓20 нм, а металлического никеля − ⁓30 нм.

Рис. 1.

Фрагменты рентгеновских дифрактограмм образцов: а – материалы, полученные контактным восстановлением палладия(II) металлическим никелем (образцы 2, 5, 7, табл. 2); б – материал, полученный восстановлением хлорида тетраамминпалладия(II) на металлическом никеле при 170°С (образец 10, табл. 3).

На рис. 2 приведены результаты элементного картирования типичного материала (образец 1, табл. 2), полученного цементацией. Распределение палладия по исходному никелю неравномерно, при этом отдельно лежащие компактные частицы палладия не обнаружены. Разделить материал на магнитную и немагнитные фракции в слабом магнитном поле невозможно: частицы никеля и палладия прочно соединены. При большем увеличении обнаружено (рис. 3а), что материал (образец 1, табл. 2) представляет собой смесь частиц преимущественно сферической формы.

Рис. 2.

СЭМ-изображение и карты распределения элементов согласно микрорентгеноспектральному анализу (образец 1, табл. 2).

Рис. 3.

СЭМ-изображение материалов: а – образец 1, табл. 2; б – образец 10, табл. 3.

На рис. 4 представлены обзорные рентгеновские фотоэлектронные спектры до и после травления ионами Ar+ для образцов с различным мольным соотношением Ni/Pd (образцы 1 и 3, табл. 2). Соотношение поверхностной концентрации никеля к палладию в образце 1 составило 5 : 1, а после травления Ar+ в течение 5 мин оно снизилось до 4.1 : 1. Поверхностный состав хорошо коррелирует с объемным составом образца. Данный факт, по всей видимости, обусловлен тем, что материал представляет собой смесь достаточно крупных агрегатов никеля и палладия. Модель “ядро никеля–оболочка палладия” в этом случае не реализуется. Аналогичная ситуация наблюдается и в образце 3 (табл. 2). Поверхностное соотношение Ni/Pd составило 24 : 1, а после травления ионами Ar+ − 18 : 1 (при объемном соотношении 22 : 1). Некоторое увеличение поверхностной концентрации палладия наряду с небольшим увеличением интенсивности линии Ni2p может быть интерпретировано как экранирование крупными частицами Ni более тонких частиц Pd, ориентированных в сторону подложки. К тому же частицы никеля, обладающие более низкой атомной массой, могут травиться ионами аргона более селективно.

Рис. 4.

Обзорные рентгеновские фотоэлектронные спектры материалов до (1) и после (2) травления ионами аргона в течение 5 мин 2.6 кВ для образцов, полученных контактным восстановлением (табл. 2).

Взаимодействие металлического никеля  c щелочными растворами [Pd(NH3)4]Cl2

В работах [36, 37] были изучены процессы восстановления хлорида тетраамминпалладия(II) внутрисферным аммиаком при температурах ≥170°С в растворе 0.05–0.1 М гидроксида калия до наноразмерных металлических частиц палладия:

(6)
$\begin{gathered} 3\left[ {{\text{Pd}}{{{\left( {{\text{N}}{{{\text{H}}}_{{\text{3}}}}} \right)}}_{{\text{4}}}}} \right]{\text{C}}{{{\text{l}}}_{{\text{2}}}} + 6{\text{KOH}} \to 3{\text{Pd}} + \\ + \,\,{{{\text{N}}}_{2}} + 10{\text{N}}{{{\text{H}}}_{{\text{3}}}} + 6{{{\text{H}}}_{{\text{2}}}}{\text{O}} + 6{\text{KCl}}. \\ \end{gathered} $

При добавлении в систему высокодисперсного никеля процесс восстановления аммиачно-хлоридного комплекса внутрисферным аммиаком протекает на его поверхности аналогично, как и в случае добавления углеродного носителя [37]. При этом никель в указанных условиях не растворяется (концентрация в растворе после экспериментов ниже предела обнаружения (<0.1 мг/л)). Восстановление хлорида тетраамминпалладия(II) протекает количественно, что позволяет получать материалы с заданным содержанием металла (табл. 3). Попытка снизить температуру до 150°С с целью замедления процессов возможного укрупнения частиц палладия приводит к неполному его восстановлению (остаточная концентрация в растворе 75 мг/л), поэтому дальнейшие эксперименты проводили при температурах 160 и 170°С. Полученные таким способом образцы состоят из двух металлических фаз: палладия и никеля (рис. 1б). Изменения уширения пиков никеля по сравнению с исходным материалом не наблюдается. Этот факт свидетельствует об отсутствии в данных условиях заметных эффектов укрупнения никелевых частиц, поэтому и не фиксируются твердые растворы замещения, что подтверждает описанный в работе [38] механизм их образования. Размер областей когерентного рассеяния палладия, рассчитанный из уширения рефлекса в направлении (111) по формуле Шеррера, составил 17 нм.

Таблица 3.  

Условия экспериментов автоклавного взаимодействия металлического никеля (100 мг) с раствором хлорида тетраамминпалладия(II) в среде 0.1 М гидроксида калия

№ образца t, °С τ, мин Твердая фаза после опыта
n(Ni/Pd)
8 160 240 3.5
9 170 120 3.4
10 170 240 3.5
11 170 240 10.5
Рис. 5.

СЭМ-изображение и карты распределения элементов для образца, полученного взаимодействием металлического никеля с раствором хлорида тетраамминпалладия(II) в 0.1 М KOH (170°С, 240 мин).

Электронно-микроскопические исследования с ренгеноспектральным анализом (рис. 5) показали, что палладий равномерно распределен по поверхности никеля с атомным содержанием ⁓20–30%. Сканирующей электронной микроскопией высокого разрешения (рис. 3б) установлено, что частицы палладия имеют размеры 5–25 нм и равномерно распределены по поверхности более крупных частиц никеля.

Согласно данным рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии (рис. 6), поверхностное отношение Ni/Pd для образца 10 (табл. 3), рассчитанное из обзорных спектров, составляет 1.07, что существенно отличается от объемного мольного отношения (3.5). После травления ионами Ar+ в течение 5 мин поверхностное отношение Ni/Pd практически не меняется и составляет 1.02. Существенное отличие поверхностного и объемного атомных отношений Ni/Pd подтверждает факт покрытия частиц никеля тонкими частицами палладия, что согласуется с результатами сканирующей микроскопии высокого разрешения (рис. 3б).

Рис. 6.

Рентгеновские фотоэлектронные спектры (образец 10, табл. 3): а – обзорные до (1) и после (2) травления ионами аргона в течение 5 мин; б, в – линии высокого разрешения Ni2p (б) и Pd3d (в).

Согласно рентгеновским фотоэлектронным спектрам высокого разрешения (рис. 6б), спектры 2p-линии никеля до травления представлены преимущественно окисленными формами, а после травления Ar+ преобладает вклад металлической составляющей (энергия 852.9 эВ) [29, 39, 40]. По всей видимости, поверхность никеля в процессе нанесения палладия и последующей сушки материала несколько окисляется, что согласуется с данными для исходного никеля [29], когда металлический никель покрыт несколькими атомными слоями окисленных форм. Линия Pd3d5/2, 3/2 (рис. 6в) до и после травления идентична по форме и подгоняется одной асимметричной компонентой с энергией связи 335.4 эВ, что подтверждает нахождение палладия в металлической форме [37, 41].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследованы процессы восстановления комплексных соединений палладия(II) из кислых и щелочных растворов в гидротермальных условиях в присутствии высокодисперсного металлического никеля. Восстановление палладия(II) из солянокислых растворов металлическим никелем протекает количественно за 15 мин при температуре 130°С. Образующиеся частицы палладия расположены неравномерно относительно никеля. Материал представлен индивидуальными металлическими фазами: никеля и палладия. Поверхностное атомное отношение Ni/Pd для таких образцов коррелирует с объемным, что говорит о хаотичном распределении металлов, т.е. структура ядро никеля–оболочка палладия в данных условиях синтеза не реализуется – материал представляет собой сростки палладия(0) и никеля(0).

При контакте дисперсного порошка никеля с растворами хлорида тетраамминпалладия(II) в среде 0.1 М гидроксида калия в автоклаве (170°С) образуются металлические частицы палладия размером 5–25 нм на поверхности более крупных частиц никеля. Распределение никеля и палладия равномерно. Поверхностное атомное отношение Ni/Pd, рассчитанное из рентгеновских фотоэлектронных обзорных спектров, значительно выше, чем объемное, что наряду с данными сканирующей электронной микроскопии высокого разрешения подтверждает строение биметаллических частиц – по поверхности крупных частиц никеля расположены наноразмерные частицы металлического палладия.

Список литературы

  1. Jia M., Choi C., Wu T.S. et al. // Chem. Sci. 2018. V. 9. № 47. P. 8775. https://doi.org/10.1039/C8SC03732A

  2. Ali S., Sharma A.S., Ahmad W. et al. // Crit. Rev. Anal. Chem. 2021. V. 51. № 5. P. 454. https://doi.org/10.1080/10408347.2020.1743964

  3. Jamila N., Khan N., Bibi A. et al. // J. Chem. 2020. V. 13. № 8. P. 6425. https://doi.org/10.1016/j.arabjc.2020.06.001

  4. Gour A., Jain N.K. // Artificial Cells, Nanomedicine, Biotechnol. 2019. V. 47. № 1. P. 844. https://doi.org/10.1080/21691401.2019.1577878

  5. Liu C.H., Liu R.H., Sun Q.J., Chang J.B. et al. // Nanoscale. 2015. V. 7. № 14. P. 6356. https://doi.org/10.1039/C4NR06855F

  6. Soloveva A.Y., Eremenko N.K., Obraztsova I.I. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. P. 444. https://doi.org/10.1134/S0036023618040204

  7. Schnedlitz M., Fernandez-Perea R., Knez D. et al. // J. Phys. Chem. C. 2019. V. 123. № 32. P. 20037. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b05765

  8. Chen D., Liu S., Li J., Zhao N. et al. // J. Alloys Compoun. 2009. V. 475. P. 494. https://doi.org/10.1016/j.jallcom.2008.07.115

  9. Almeida C.V., Tremiliosi-Filho G., Eguiluz K.I., Salazar-Banda G.R. // J. Catalysis. 2020. V. 391. P. 175. https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.08.024

  10. Spasova M., Salgueiriño-Maceira V., Schlachter A. et al. // J. Mater. Chem. 2005. V. 15. № 21. P. 2095. https://doi.org/10.1039/B502065D

  11. Correa-Duarte M.A., Grzelczak M., Salgueiriño-Maceira V. et al. // J. Phys. Chem. B. 2005. V.109. № 41. P. 19060–19063. https://doi.org/10.1021/jp0544890

  12. Yin W., Venderbosch R.H., Yakovlev V.A. et al. // Energies. 2020. V. 13. № 1. P. 285. https://doi.org/10.3390/en13010285

  13. Bumagin N.A. // Russ. J. Gen. Chem. 2022. V. 92. P. 832. https://doi.org/10.1134/S1070363222050127

  14. Srinoi P., Chen Y.-T., Vittur V., Marquez M., Lee T. // Appl. Sci. 2018. V. 8. P. 1106. https://doi.org/10.3390/app8071106

  15. Maduraiveeran G., Rasik R., Sasidharan M., Jin W. // J. Electroanal. Chem. 2018. V. 808. P. 259. https://doi.org/10.1016/j.jelechem.2017.12.027

  16. Šuljagić M., Stanković D., Mirković M. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. Suppl. 1. P. S13. https://doi.org/10.1134/S003602362260201X

  17. Sun J., Yang F., Zhao D. et al. // ACS Appl. Mater. Interfaces. 2015. V. 7. P. 6860. https://doi.org/10.1021/acsami.5b00434

  18. Sopoušek J., Kryštofová A., Premović M. et al. // Calphad. 2017. V. 58. P. 25. https://doi.org/10.1016/j.calphad.2017.05.002

  19. Fedorov P.P., Popov A.A., Shubin Y.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 2018. https://doi.org/10.1134/S0036023622601453

  20. Jia F.L., Zhang L.Z., Shang X.Y., Yang Y. // Adv. Mater. 2008. V. 20. № 5. P. 1050. https://doi.org/10.1002/adma.200702159

  21. Senapati S., Srivastava S.K., Singh S.B., Mishra H.N. // J. Mater. Chem. 2012. V. 22. № 14. P. 6899. https://doi.org/10.1039/C2JM00143H

  22. Egorysheva A.V., Ellert O.G., Liberman E.Y. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 2127. https://doi.org/10.1134/S0036023622601349

  23. Ioni Y.V., Chentsov, S.I., Sapkov I.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2022. V. 67. P. 1711. https://doi.org/10.1134/S0036023622601076

  24. Vorobyev A.M., Titkov A.I., Logutenko O.A. // Russ. J. Gen. Chem. 2022. V. 92. P. 430. https://doi.org/10.1134/S1070363222030100

  25. Yousefi S.R., Ghanbari D., Salavati-Niasari M. et al. // J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2016. V. 27. P. 1244. https://doi.org/10.1007/s10854-015-3882-6

  26. Gubin S.P., Koksharov Y.A., Khomutov G.B. et al. // Russ. Chem. Rev. 2005. V. 74. № 6. P. 489.

  27. Zakharov Y.A., Pugachev V.M., Bogomyakov A.S. et al. // J. Phys. Chem. C. 2020. V. 124. № 1. P. 1008. https://doi.org/10.1021/acs.jpcc.9b07897

  28. Shafique M.K., Muhmood T., Lin S. et al. // Mater. Res. Express. 2019. V.6. № 10. P. 108001.

  29. Belousov O.V., Borisov R.V., Belousova N.V. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2021. V. 66. P. 1463. https://doi.org/10.1134/S003602362110003X

  30. Fesik E.V., Buslaeva T.M., Mel’nikova T.I. et al. // Inorg. Mater. 2018. V. 54. № 12. P. 1299. https://doi.org/10.1134/S0020168518120038

  31. Du H., Wang Y., Yuan H. et al. // Electrochim. Acta. 2016. V. 196. P. 84. https://doi.org/10.1016/j.electacta.2016.02.190

  32. Zhang F., Chen Y., Zhao J. et al. // Chem. Lett. 2004. V. 33. № 2. P. 146. https://doi.org/10.1246/cl.2004.146

  33. Kashid S. B., Raut R.W., Malghe, Y.S. // Maters. Chem. Phys. 2016. V. 170. P. 24. https://doi.org/10.1016/j.matchemphys.2015.12.014

  34. Borisov R.V., Belousov O.V., Zhizhaev A.M. et al. // Russ. J. Inorg. Chem. 2018. V. 63. № 3. P. 308. https://doi.org/10.1134/S0036023618030038

  35. Borisov R.V., Belousov O.V., Zhizhaev A.M. et al. // Russ. Chem. Bull. 2021. V. 70. P. 1474. https://doi.org/10.1007/s11172-021-3242-z

  36. Borisov R.V., Belousov O.V., Zhizhaev A.M. // Russ. J. Inorg. Chem. 2020. V. 65. № 10. P. 1623. https://doi.org/10.1134/S0036023620100034

  37. Borisov R.V., Belousov O.V., Likhatski M.N. et al. // Russ. Chem. Bull. 2022. V. 71. P. 1164. https://doi.org/10.1007/s11172-022-3517-z

  38. Belousov O.V., Belousova N.V., Sirotina A.V. et al. // Langmuir. 2011. V. 27. P. 11697. https://doi.org/10.1021/la202686x

  39. Grosvenor A.P., Biesinger M.C., Smart R.S. et al. // Surf. Sci. 2006. V. 600. № 9. P. 1771. https://doi.org/10.1016/j.susc.2006.01.041

  40. Lenglet M., Hochu F., Durr J., Tuilier M.H. // Sol. St. Comm. 1997. V. 104. P. 793. https://doi.org/10.1016/S0038-1098(97)00273-1

  41. Jenks C.J., Chang S.L., Anderegg J.W. et al. // Phys. Rev. B. 1996. V. 54. P. 6301. https://doi.org/10.1103/PhysRevB.54.6301

  42. Patterson A.L. // Phys. Rev. 1939. V. 56. P. 978. https://doi.org/10.1103/PhysRev.56.978

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Журнал неорганической химии

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал