A Facile Strategy to Support Palladium Nanoparticles on Carbon Nanotubes, Employing Polyvinylpyrrolidone as a Surface Modifier

Abstract

This paper describes the development of a facile and environmentally friendly strategy for supporting palladium nanoparticles (Pd NPs) on multiwalled carbon nanotubes (MWCNTs) with ethanol as the solvent/reducing agent, potassium tetrachloropalladate(II) (K2PdCl4) as the Pd precursor, and polyvinylpyrrolidone (PVP) as the surface modifier. More specifically, our approach was based on the nonbonding interaction between MWCNTs and PVP, which is a cheap, nontoxic, and commercial polymer. As PVP can serve not only as a surface modifier but also as a stabilizing agent for Pd NPs, the utilization of additional functionalization steps, reducing agents, and stabilizers was not required to achieve uniform Pd deposition over the MWCNTs. Our results demonstrate that Pd NPs below 5 nm in diameter can be directly supported on MWCNTs by this route. Also, sequential Pd‐reduction steps can be employed to improve the coverage of Pd NPs at the MWCNT surfaces, although this can also lead to the formation of larger Pd particles or aggregates. The electrocatalytic activity for ethanol oxidation was investigated as a function of the composition and structure of the materials produced, in which MWCNTs decorated with Pd NPs of smaller sizes and lower coverages displayed the highest activities. The results described herein suggest that our approach may serve as a simple platform for the synthesis of MWCNTs decorated with metal NPs with well‐defined morphologies and uniform dispersion for electrochemical and catalytic applications.

Uso de eletrodos de cobre e eletrodos modificados como sensores eletroquímicos

“…A síntese dos nanotubos de carbono de múltiplas paredes (NCPMs) decorados com nanopartículas de paládio contendo diferentes porcentagens de Pd foi realizada a 75 °C sob agitação constante [77], no laboratório do Prof. Dr. Pedro Henrique Cury Camargo, do Os dados apresentados foram obtidos por meio de técnicas eletroquímicas (voltametria cíclica e amperometria), imagens de microscopia eletrônica de varredura (MEV) e análise por energia dispersiva de raio-x (EDS ou EDX).…”

“…A funcionalização permite a manipulação e dispersão dos NTCs em certos solventes, bem como proporciona a formação de sítios para a imobilização e redução dos íons Pd, facilitando a nucleação e o crescimento das nanopartículas [77,[208][209]. A funcionalização dos NTCs pode ser feita por meio de interações não-covalentes e covalentes.…”

“…Na funcionalização covalente, os sistemas interagem fortemente com os NTCs, gerando modificações drásticas nas suas propriedades [201] e, consequentemente, promovem a distribuição não uniforme dos grupos funcionais ao longo da superfície dos NTCs [77]. Além disso, muitos procedimentos baseados na modificação covalente envolvem reagentes fortemente oxidantes, como o HCl concentrado, HNO 3 e H 2 SO 4 [208].…”

“…Em geral, as características cruciais são a morfologia, forma e dispersão das partículas metálicas no material suporte, que é normalmente constituído de nanoestruturas de carbono (tubos, fios, fibras, etc.) [77,208,219]. Uma grande variedade de materiais condutores tem sido utilizada como suporte para o preparo de eletrocatalisadores à base de Pd [220][221][222][223][224].…”

“…Para o desenvolvimento deste trabalho realizou-se a síntese dos NCPMs decorados com nanopartículas de Pd (NCPM-PVP-Pd), empregando-se o etanol como solvente e agente redutor, o tetracloropaladato de potássio (II) (K 2 PdCl 4 ) como o precursor de Pd, e a polivinilpirrolidona (PVP) para modificar a superfície dos NTCs [77]. O PVP promove a funcionalização dos NTCs por meio de interação não-covalente, podendo agir não somente como agente modificador da superfície, mas também como agente de redução e estabilização das nanopartículas de Pd.…”