铝“八达体” - 用于光活性纳米催化剂的形状物质

八达体

对米科宁山脉铝纳米冬季铝催化剂的研究发现,八峰(左),六面颗粒具有急剧尖角,其反应速率高于纳米孔(中心)的5倍,高于14侧纳米晶体的10倍。信誉:林元/赖斯大学的形象礼貌

研究:铝“章鱼”的尖提示增加催化反应。

设计纳米粒子时,点击纳米颗粒,这些纳米颗粒使用光源驱动重要的化学反应。

莱斯大学纳米光子学实验室(LANP)的研究人员早就知道,纳米粒子的形状会影响它与光的相互作用,他们最近的研究显示了形状如何影响粒子利用光催化重要化学反应的能力。

在一项比较研究中,LANP的研究生Lin Yuan和Minhan Lou及其同事研究了具有相同光学特性但不同形状的铝纳米颗粒。最圆的有14个侧面和24个钝点。另一种是立方体,有六个边和八个90度角。第三种被研究小组称为“章鱼”,它也有六个边,但每个角都有一个尖的末端。

楼敏涵和林媛

Rice大学纳米光子学实验室的研究生Minhan Lou(左)和Lin Yuan的研究发现,纳米催化剂的形状影响其光催化重要化学反应的能力。图片来源:杰夫·菲特罗/莱斯大学

所有三个品种都有能力捕获从光线的能量,并定期以超能量热电子形式释放,可以加速催化反应。袁兰普总监Naomi Halas研究组的化学家进行了实验,看看每种颗粒作为光催化剂进行氢解离反应。测试显示八峰的反应速率比14侧纳米晶体高10倍,比纳米孔高五倍。八达体也具有较低的性能活化能量,比纳米孔低约45%,低于纳米晶体49%。

Naomi Halas.

莱斯大学的Naomi Halas是一名工程师、化学家,也是光激活纳米材料领域的先驱。作者:Jeff Fitlow/Rice University

“实验表明,较低的角落效率增加,”该研究的联合领导作者元袁表示,该研究发表在美国化学学会期刊ACS纳米。“对于八达体,角角的角度约为60度,与90度相比纳米晶体上的90度和更多圆形的点。因此角度越小,反应效率的增加越大。但是角度的小程度可以受到化学合成的限制。这些是喜欢某些结构的单晶。你不能做出无限的敏锐度。“

LOU,物理学家和研究联合主导作者在LANP的Peter Nordlander的研究组中,通过在光活化的铝纳米粒子和氢分子之间开发热电子能量转移过程的理论模型来验证催化实验的结果。

“我们输入了光和颗粒形状的波长,”娄说。“使用这两个方面,我们可以准确地预测哪种形状会产生最佳催化剂。”

该工作是LANP开发可持续的绿色化学努力的一部分,以开发可与外科精度将能量yabovip2021插入化学反应的商业上活的光活性纳米催化剂。LANP先前已经显示出乙烯和合成气的催化剂,氨的分裂以产生氢气和破坏“永远的化学品”。

“这项研究表明,光催化剂形状是工程师可以使用它来创建一个设计元素催化剂与反应速率和更低的激活壁垒越高,“Halas说,赖斯斯坦利·c·摩尔的电气和计算机工程教授,主任教授赖斯Smalley-Curl研究所和化学,生物工程,yabovip2021物理学和天文学,材料科学和纳米工程。

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参考文献:“等离子体光催化剂的形态依赖反应活性”,作者:袁林,娄敏涵,Benjamin D. Clark,娄明鹤,周立南,田姝,Christian R. Jacobson, Peter Nordlander, Naomi J. Halas, 2020年8月12日,ACS Nano
DOI:10.1021 / ACSNANO.0C05383

Nordlander是Wiess讲座教授、物理学和天文学教授、电子和计算机工程教授、材料科学和纳米工程教授。

其他研究合著者包括本杰明·克拉克、娄明和、周立南、田舒和克里斯蒂安·雅各布森,都是赖斯。该研究由韦尔奇基金会(C-1220, C-1222)、空军科学研究办公室(FA9550-15-1-0022)、国防威胁减少局(HDTRA 1-16-1-0042)和国防部国防科学与工程研究生奖学金项目支持。

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