LA IMPORTANCIA DE LA INTERFASE (SUSTRATO/NANOPARTÍCULA) Y COMPOSICIÓN DE LAS NANOPARTICULAS METÁLICAS FRENTE A LA REACCIÓN CON H2

MATÍAS F. CALDERÓN,; FRANCISCO J. IBAÑEZ; ROBERTO. C. SALVAREZZA

Cordoba

Congreso; XVII Congreso de Fisicoquímica y Química Inorgánica; 2011

Asociación Argentina de Investigación Fisicoquímica

LA IMPORTANCIA DE LA INTERFASE (SUSTRATO/NANOPARTÍCULA) Y COMPOSICIÓN DELAS NANOPARTICULAS METÁLICAS FRENTE A LA REACCIÓN CON H2Matías F. Calderón, Francisco J. Ibañez* y Roberto. C. SalvarezzaFrancsico J. Ibañez: Investigador Asistente. emails: fjibanez73@gmail.com;fjiban02@louisville.eduInstituto de Investigaciones Fisicoquímicas, Teóricas y Aplicadas (INIFTA). Universidad Nacional de La Plata - CONICET. Sucursal 4 Casilla de Correo 16 (1900) La Plata, Argentina.Debido al creciente costo y escasez de energías renovables, el uso del hidrógeno (H2) ha crecido en popularidad por su abundancia en la naturaleza y eficiencia energética. La reacción Pd-H ha sido estudiada en materiales masivos o de gran tamaño para su uso como sensores y almacenje. Con el advenimiento de la nanociencia, los nanomateriales presentan interesantes atributos como gran área específica superficial y alta velocidad de difusión por mencionar algunos. La absorción de H2 en el catalizador de Pd conlleva a la formación del hidruro (PdHx) a través de sus fases cristalinas (superficial “α”, intermedia “α-β”, y de saturación “β”)1 las cuales producen cambios en la resistencia, ópticos, en volumen y la banda de Fermi. Penner y colaboradores,(2) inicialmente electrodepositaron nanocables de Pd sobre HOPG para sensar H2. Zamborini y colaboradores(3) estudiaron las reacciones entre H2 gas y películas de nanopartículas metálicas protegidas congrupos orgánicos (monolayer-protected clusters, MPCs) para el uso de sensores químico-resistivos. Zach y colaboradores(4)estudiaron Pd evaporado sobre un auto-ensamblado orgánico (SAM, self-assembled monolayer) para detectar H2 en muy bajas concentraciones. La modificación del sustrato por el SAM donde se asienta la película sensible permitió una total expansión del Pd (aumento en volumen del 11%) al no estar restringido por el sustrato y un consecuente aumento en los niveles de sensibilidad. Nosotros, siguiendo un paradigma similar al deZach, depositamos nanopartículas protegidas con grupos orgánicos de Pd y aleaciones sobre distintos SAMs (generalmente silanos de cadena alquílica que se ligan al sustrato de silicio y dejan expuesto un cabeza de grupo X=R-NH2; R-SH, R-CH3 donde las nanopartículas se asientan.Nuestro interés es estudiar las propiedades fisicoquímicas que la interfase cambiando el largo de cadena, la composición del “headgroup” como así también estudiar los efectos de distintos metales(5) o aleaciones que puedan tener sobre el comportamiento de la película sensible frente al H2 y sus implicancias en las áreas arriba mencionadas. En el caso de sensado, la formación del PdHx sufre de procesos lentos de histéresis, lo cual puede ser contraproducente para la velocidad de respuesta del sensor. La incorporación de otros metales puede anular una de las fases (ej: Au, Ni, y Ag) y hacer el sensor más rápido y estable. En caso de un catalizador el SAM puede ayudar a que la totalidad del área superficial de la nanopartícula se exponga a la reacción de catálisis y así aprovechar eficientemente al catalizador. En el caso de almacenaje, mientras más H2 ingrese al cristal (mayor ensanchamiento de la isoterma durante la formación de la fase “α-β”, por lo tanto mejor es la eficiencia del material como almacenador. Nuestros resultados preliminares muestran que la deposición de MPCs sobre distintos SAMs tiene comportamientos interesantes en los perfiles de sensado.Se discutirán los efectos del SAM y de la composición de las nanopartículas (Pd, Pd/Pt, Pd/Ni) a través de resultados obtenidos por mediciones de cronoamperometria y ciclovoltamogramas y una caracterización espectroscópica y microscópica por XPS, TEM, SEM, AFM, FTIR, y UV-visible.1. Lewis, F. A. The Palladium/Hydrogen System. Academic Press Inc.: London, 1967.2. Favier, F.; Walter, E. C.; Zach, M. P.; Benter, T. Penner, R. M., Hydrogen Sensors and Switches from ElectrodepositedPalladium Mesowire Arrays. Science 2001, 293, 2227-2231.3. Moreno, M.; Ibañez, F. J.; Jasisnski, J. B. H2 Reactivity of Pd Nanoparticles Coated with Mixed Monolayers of Alkyl Thiols andAlkyl Amines for Sensing and Catalysis Applications. Accepted in JACS 2011.4. Xu, T.; Zach, M. P.; Xiao, Z. L.; Rosenmann, D.; Welp, U.; Kwok, W. K.; Crabtree, G. W. Self-assembled Monolayer-enhancedHydrogen Sensing with Ultrathin Palladium Films. Appl. Phys. Lett. 2005, 86, 203104.5. Ibañez, F. J.; Zamborini, F. P., Reactivity of Hydrogen with Solid-State Films of Alkylamine- and TetraoctylammoniumBromide-Stabilized Pd, PdAg, and PdAu Nanoparticles for Sensing and Catalysis Applications. J. Am. Chem. Soc. 2008, 130, 622-633