การปรับประสิทธิภาพการเร่งปฏิกิริยาของอนุภาคนาโนโลหะคู่ แพลเลเดียมเปลือกหุ้มโลหะเงินแกนกลาง (Ag@Pd) สําหรับการสลายตัวของกรดฟอร์มิก

Abstract

งานวิจัยนี้มีวัตถุประสงค์ เพื่อออกแบบและควบคุมการสังเคราะห์อนุภาคนาโนโลหะคู่ที่มีโลหะแพลเลเดียมเป็นปลือกหุ้มและอนุภาคโลหะเงินรูปแผ่นเป็นแกนกลาง เพื่อใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาประสิทธภาพสูงสําหรับการผลิตแก็สไฮโดรเจนที่อุณหภูมิห้อง จากปฏิกิริยาการสลายตัวของกรดฟอร์มิก การสังเคราะห์แบ่งออกเป็น 2 ขั้นตอน ขั้นแรกเป็นการควบคุมการสังเคราะห์อนุภาค นาโนโลหะเงินรูปแผ่นโดยใช้ไดเมทิลฟอร์มาไมด์เป็นตัวรีดิวซ์และพอลิเมอร์พอลีไวนิลไพโรลิโดนเป็นสารช่วยเสถียรขั้นต่อมาเป็น การเกิดปฏิกิริยารีดักชันของแพลเลเดียมไอออนและการควบคุมการเกาะของแพลเลเดียมอะตอมบนพื้นผิวของโลหะเงิน ตรวจสอบคุณสมบัติของอนุภาคนาโนที่เตรียมได้โดยการวิเคราะห์ขนาดและรูปร่างโดยเทคนิคจุลทรรศน์อิเล็กตรอนชนิดส่องผ่าน วิเคราะห์โครงสร้างพื้นผิวจากเซอร์เฟจ พลาสมอน เรโซแนนซ์สเปกตรัมโดยเทคนิคยูวี-วิสิเบิล สเปกโทรสโกป และศึกษาการดูดซับคาร์บอนมอนอกไซด์บนพื้นผิวโดยเทคนิคอินฟราเรด สเปกโทรสโกป ผลการศึกษาสามารถยืนยันได้ว่าอนุภาคนาโนที่เตรียมได้มีโครงสร้างเป็นชนิดเปลือกหุ้มแกนกลาง (โลหะเงิน@แพลเลเดียม) และผลการทดสอบประสิทธิภาพในการเร่งปฏิกิริยา พบว่ามีประสิทธภาพสูงต่อปฏิกิริยาการสลายตัวของกรดฟอร์มิก สามารถผลิตแก๊สรวม (ไฮโดรเจนและคาร์บอนไดออกไซด์ ที่อุณหภูมิห้อง (30 องศาเซลเซียส) เท่ากับ 6.25 ลิตร ต่อปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยา 1 กรัม ที่เวลา 1 ชั่วโมง โดยสูงกว่าตัวเร่งปฏิกิริยาโลหะเดี่ยวแพลเลเดียมถึง 2.5 เท่า เนื่องจากผลการทํางานร่วมกันของโลหะสองชนิด ซึ่งสามารถอธิบายโดยสมบัติเชิงอิเล็กตรอนและสมบัติเชิงโครงสร้าง The aim of this work is to design and control synthesis of silver-core and palladium-shell bimetallic nanoplates as high performance catalysts for hydrogen production from formic acid decomposition at room temperature. The preparation method was divided into 2 steps. The first step was shape-controlled synthesis of silver nanoplates using dimethylformamide as reducing agent and polyvinlypyrollidone as stabilizer. Subsequently palladium ions were reduced to atoms and deposited on the surface of silver nanoplates. Particle size and shape of the obtained particles were characterized by Transmission Electron Microscopy. UV-Visible Spectroscopy of surface plasmon resonance and FT-IR Spectroscopy of CO adsorption were used to investigate surface structure of the prepared bimetallic particles. The results from combination of techniques can be used to confirm the core-shell structure. The prepared core-shell catalyst (Ag@Pd) showed high catalytic activity for formic acid decomposition. The total gas volume (H2 and CO2) produced at 30C was 6.25 L/gcat/h which 2.5 times higher than monometallic palladium catalyst. The catalytic performance of the core-shell catalysts may results from synergistic effect of two metals which can be explained in terms of electronic and geometric property.