您现在的位置是:首页 >综合 > 2020-11-01 16:44:25 来源:

铝章鱼上的尖头尖端可提高催化反应性

在设计使用光的动力来驱动重要化学反应的纳米粒子时,点很重要。赖斯大学纳米光子学实验室(LANP)的研究人员早就知道,纳米颗粒的形状会影响其与光的相互作用,而他们的最新研究表明,形状如何影响颗粒利用光催化重要化学反应的能力。

在一项对比研究中,LANP研究生Lin Yuan和Lou Minhan及其同事研究了具有相同光学性质但不同形状的铝纳米粒子。最圆的有14个边和24个钝点。另一个是立方体形的,有六个侧面和八个90度角。第三个被团队称为“章鱼”,也有六个侧面,但是八个角中的每一个都以尖尖结束。

这三个品种都具有从光中捕获能量并以超能热电子形式周期性释放能量的能力,可以加速催化反应。LANP主任Naomi Halas研究小组的化学家Yuan进行了实验,以查看每种颗粒作为氢离解反应的光催化剂的性能如何。测试表明,章鱼的反应速率比14面纳米晶体高10倍,比纳米立方体高5倍。八足动物的表观活化能也较低,比纳米立方体低约45%,比纳米晶体低49%。

该研究的共同主要作者袁说:“实验证明,转角越尖锐,效率越高。”该研究发表在《美国化学学会》杂志ACS Nano上。“对于八足动物,角的角度约为60度,而立方体的角为90度,纳米晶体上的圆点更多。因此,角度越小,反应效率的提高越大。但是角度可以很小受到化学合成的限制。这些是倾向于某些结构的单晶。您无法提供无限的清晰度。”

LANP的彼得·诺德兰德(Peter Nordlander)研究小组的物理学家和研究共同作者娄通过开发光活化铝纳米颗粒与氢分子之间热电子能量转移过程的理论模型,验证了催化实验的结果。

娄说:“我们输入了光的波长和颗粒形状。” “使用这两个方面,我们可以准确地预测哪种形状将产生最佳的催化剂。”

这项工作是LANP正在进行的绿色化学工作的一部分,以开发商业上可行的光活化纳米催化剂,该催化剂可以以外科手术的精确度将能量插入化学反应中。LANP先前已经证明了用于生产乙烯和合成气,分解氨以生产氢燃料以及用于分解“永远的化学物质”的催化剂。

赖斯的史坦利·摩尔(Stanley C. Moore)电气和计算机工程教授,莱斯的Smalley-Curl研究所所长Halas说:“这项研究表明光催化剂的形状是工程师可以用来创建具有更高反应速率和更低活化障碍的光催化剂的另一种设计元素。”以及化学,生物工程,物理学和天文学,材料科学和纳米工程学教授。