En katalysator, der styrer kemiske reaktioner med lys

POSTECH og en gruppe forskere udviklede en teknologi, der dramatisk forbedrer ydeevnen af ​​plasmoniske fotokatalysatorer ved hjælp af 'core@shell' nanokrystaller med atomisk konforme metallamineringer.

Core@shells nanokrystaller, som har en struktur som en kerne omgivet af en skal, kan udnytte grænsefladesynergien fra kerne- og skalmodparter, gengivelse af applikationer i katalyse, elektronik, og viser. I særdeleshed, overfladen af ​​kerneplasmoniske nanopartikler (guld) er ensartet belagt med katalytisk aktive overgangsmetaller (platin, palladium, ruthenium, og rhodium) i kerne@skalstrukturerne. Under eksponering af lys, overfladen af ​​denne fotokatalytiske hybrid kan effektivt omdanne lysenergi til kemisk energi.

For at danne et effektivt plasmonisk-katalytisk hybridsystem, en teknik til at belægge en meget tynd metalskal på den plasmoniske kerne er afgørende. Imidlertid, konventionelle strategier rapporteret indtil videre forårsager tykke skaller ved at beskadige eller deformere kernematerialerne, betydeligt kompromitterende deres plasmoniske egenskaber.

Forskerholdet ledet af professor In Su Lee fra POSTECHs afdeling for kemi fremstillede et nanostrukturindeslutningssystem for at eliminere de faktorer, der forårsagede tyk skalvækst i konventionelle teknikker og et system, hvor plasmoniske nanopartikler kan adskilles individuelt i opløsning. Her, ved at bestråle en lyskilde, det lykkedes forskerne at belægge overfladen af ​​de plasmoniske nanokrystaller med en meget tynd og ensartet laminering med en tykkelse på et atom. Det kan udtrykkes på samme måde som at overtrække overfladen af ​​en pille i en kapsel med en tynd film.

Denne tyndt belagte metallaminering påvirkede ikke kernematerialets optiske egenskaber, og denne strategi giver en platform til at syntetisere hybride fotokatalytiske materialer, hvor den katalytiske ydeevne af skallen og de plasmoniske egenskaber af kernematerialet effektivt kombineres. I særdeleshed, gold @ platinum hybrid nanokrystaller belagt med en tynd platinfilm på plasmoniske guld nanorods udviste meget høj energiomdannelse, hvilket resulterede i den øgede katalysehastighed for en fotokatalytisk reaktion, som omdanner organiske molekyler ved hjælp af nær-infrarød laser som energikilde uden tab i den katalytiske aktivitet selv efter gentagen brug. I øvrigt, ved at bruge denne tilgang, forskellige overfladekrumninger af plasmoniske nanokrystaller kan uafhængigt belægges og aktiveres ved hjælp af forskellige lyskilder, således at aktiviteten af ​​en specifik katalysator blandt blandede katalysatormaterialer kan være selektivt og fjernbetjent.

"Med syntesetilgangen udviklet i denne undersøgelse, katalytisk aktive metaller kan belægges tyndt på overfladen af ​​forskellige typer plasmoniske nanopartikler på atomniveau, " bemærkede professor In Su Lee, der ledede undersøgelsen. "Gennem synergi med metalskallen, den kan bruges som en højeffektiv fotokatalysator på forskellige områder, herunder bæredygtig energiomdannelse, bioteknologi, og biomedicinske områder."

Et POSTECH forskerhold ledet af professor In Su Lee, Forskningsprofessor Amit Kumar, og ph.d. kandidat Anubhab Acharya fra POSTECHs Institut for Kemi i samarbejde med professorer Junsuk Rho fra POSTECH, Yoon-Kyoung Cho fra UNIST, og Sang Ho Oh fra Sungkyunkwan University. Baseret på den unikke 'nanospace-confined chemical reaction (NCCR)'-forskning, der studeres af forskningscentret, det forventes, at denne forskning kan udvikles til en teknologi til kunstig regulering af cellers funktioner.

Undersøgelsen blev udgivet som et forsidepapir i Journal of the American Chemical Society