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Die Form von Platin-Nanopartikeln aufdecken: Warum sind Kugeln, Streifen und Würfel so faszinierend?
Platin-Nanopartikel liegen in Form einer Suspension oder eines Kolloids vor, normalerweise suspendiert in Wasser. Diese Art von Kolloid wird technisch als stabile Dispersion von Partikeln in einem flüssigen Medium (Flüssigkeit oder Gas) definiert. Abhängig von den Reaktionsbedingungen kann die Größe der kugelförmigen Platin-Nanopartikel zwischen etwa 2 und 100 Nanometern (nm) liegen. Diese Nanopartikel erscheinen in kolloidalen Lösungen bräunlich-rot oder schwarz und haben verschiedene Formen, darunter Kugeln, Streifen, Würfel und Tetraeder. Platin-Nanopartikel wurden aufgrund ihrer potenziellen Anwendungen in der Katalyse, Medizin und Synthese neuer Materialien umfassend untersucht.
Synthesemethode
Es gibt zwei Hauptmethoden zur Synthese von Platin-Nanopartikeln. Die eine besteht darin, den in der Lösung dispergierten Platinionen-Vorläufer zu reduzieren und Stabilisatoren oder Blockierungsmittel zu verwenden, um kolloidale Nanopartikel zu bilden. Die andere besteht darin, den Platinionen-Vorläufer in Mikroporen wie Bauxit in den Trägermaterialien einzudringen und zu reduzieren. Zu den gängigen Platinvorläufern gehören Kaliumhexachloroplatinsäure (K2PtCl6) oder Platinchlorid (PtCl2).
Form und Größe von Platin-Nanopartikeln werden von vielen Faktoren beeinflusst, darunter Synthesemethoden, Lösungsmittel und äußere Bedingungen.
Kombination verschiedener Vorläufer, wie Rutheniumchlorid (RuCl3) und chlorierte Platinsäure (H2PtCl6), wird ebenfalls verwendet um gemischte Metall-Nanopartikel zu synthetisieren. Zu den gängigen Reduktionsmitteln zählen Wasserstoff (H2), Natriumhydrid (NaBH4) und Ethylenglykol (C2H6 O2), zusätzlich zu anderen Alkoholen und pflanzlichen Verbindungen. Wenn der Platinmetallvorläufer zu neutralem Platinmetall (Pt0) reduziert wird, ist die Reaktionsmischung übersättigt und fällt in Form nanoskaliger Partikel aus. Um die Oberfläche von Nanopartikeln zu stabilisieren und deren Aggregation zu verhindern, werden häufig Stabilisatoren wie Natriumpolyacrylat oder Natriumcitrat eingesetzt.
Form- und Größenkontrollen
Untersuchungen zeigen, dass Liganden und Lösungsmittel einen wichtigen Einfluss auf die Größe und Form von Platin-Nanopartikeln haben. Ramirez et al. berichteten über die Entdeckung, dass Platin-Nanopartikelkeime durch Zersetzung von Pt2(dba)3 in Tetrahydrofuran (THF) unter einer Kohlenmonoxidatmosphäre hergestellt wurden. Die unter diesen Bedingungen erzeugten Partikel sind von schwach gebundenen THF- und CO-Liganden umgeben und haben einen Durchmesser von etwa 1,2 nm. Nach der Reinigung wurde Hexadecylamin (HDA) hinzugefügt, um THF- und CO-Liganden zu ersetzen. Nach etwa sieben Tagen bildeten sich monodisperse kugelförmige kristalline Platin-Nanopartikel mit einem durchschnittlichen Durchmesser von 2,1 nm.
Wenn stärkere Blockierungsmittel wie Triphenylphosphin oder Dedecanthiol verwendet wurden, behielten die Nanopartikel ihre Kugelform bei, was auf die Wirkung von HDA-Liganden auf die Partikelform hinweist.
Im Hinblick auf die Steuerung von Form und Größe können auch unterschiedliche Polymerblockierungsmittelverhältnisse im Verhältnis zu Änderungen in der Vorläuferkonzentration den gewünschten Effekt erzielen. Eine solche reduzierende Kolloidsynthese kann eine Vielzahl von Formen wie Tetraeder, Würfel, unregelmäßige Prismen, Ikosaeder und Oktaeder erzeugen, und ihre Dispersion hängt vom Konzentrationsverhältnis von Blockierungsmittel zu Vorläufer ab.
Grüne Synthesemethode
Durch die Verwendung von Kaki-Blattextrakt (Diospyros kaki) als Reduktionsmittel wurde eine umweltfreundliche Synthese aus Chloroplatinsäure erreicht. Die synthetisierten Nanopartikel hatten eine kugelförmige Form mit einem Durchmesser zwischen 212 nm. Verschiedene Reaktionen, Temperatur und Blattextraktkonzentration beeinflusste die Größe der synthetisierten Partikel. Durch Spektralanalyse wurde festgestellt, dass die Reaktion nicht durch Enzyme gefördert, sondern durch kleine Moleküle pflanzlichen Ursprungs reduziert wurde.
Eigenschaften und Anwendungen
Die chemischen und physikalischen Eigenschaften von Platin-Nanopartikeln machen sie für eine Vielzahl von Forschungsanwendungen geeignet, darunter Elektronik, Optik, Katalyse und Enzymimmobilisierung.
Platin-Nanopartikel werden häufig als Katalysatoren verwendet, unter anderem für Wasserstoffoxidationsreaktionen, industrielle Synthesen und die Reduzierung von Autoabgasen.
Platin-Nanopartikel können unter dem Einfluss ihrer Form, Größe und Morphologie katalytische Wirkungen in homogenen kolloidalen Lösungen oder als Gasphasenkatalysatoren auf festen Materialien ausüben. Faszinierend sind auch ihre optischen Eigenschaften, da sie im ultravioletten Bereich das charakteristische Phänomen der Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) aufweisen. Diese Eigenschaft verleiht ihnen ein breites Potenzial für Anwendungen in den Bereichen Elektronik, Katalyse, Sensorik und Photovoltaik.
Die biologischen Wechselwirkungen von Platin-Nanopartikeln werden jedoch noch weiter untersucht, und auch ihre Toxizitätsprobleme müssen sorgfältig geprüft werden. Obwohl sie ein breites Potenzial für medizinische Anwendungen haben, müssen Reaktionen und Auswirkungen auf Organismen noch sorgfältig bewertet werden. Wie entfalten Platin-Nanopartikel ihre Wirksamkeit in verschiedenen biologischen Umgebungen und welche Auswirkungen werden sie auf das Leben haben? Lohnt es sich, darüber nachzudenken?
