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铝制“章鱼倾城记”的尖头增加了催化活性

纳米技术 2022-05-27 23:58:09

作者:赖斯大学的杰德·博伊德 莱斯大学纳米光子实验室对铝纳米催化剂的一项研究发现,八角体(左)是带有尖锐角的六面粒子,其反应速率比纳米立方体(中心)高5倍,比14面纳米晶体高10倍

学分:袁林/莱斯大学 在设计利用光的力量驱动重要化学反应的纳米粒子时,点很重要

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,他们的最新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

在一项对比研究中,的研究生和·楼以及他们的同事研究了具有相同光学特性但不同形状的铝纳米粒子

最圆的有14条边和24个钝点

另一个是立方体形状,有六个边和八个90度角

第三个角,研究小组称之为“八足动物”,也有六条边,但是它的八个角都以尖角结束

这三种类型都有能力从光中捕获能量,并以超高能热电子的形式周期性地释放出来,从而加速催化反应

导演娜奥米·哈拉斯的研究小组的化学家袁进行了实验,观察每种粒子作为氢离解反应的光催化剂的性能

测试显示八足动物的反应速度比14面纳米晶体高10倍,比纳米立方体高5倍

章鱼的表观活化能也较低,比纳米立方体低45%,比纳米晶体低49%

“实验表明,更尖锐的角落提高了效率,”袁说,该研究的联合首席作者,发表在美国化学学会杂志ACS纳米

“对于八足动物来说,角的角度约为60度,相比之下,立方体的角为90度,纳米晶体上的点更圆

因此角度越小,反应效率增加越大

但是角度有多小受到化学合成的限制

这些是喜欢特定结构的单晶

你不能无限地提高清晰度

" 物理学家娄(音译)是彼得·诺德兰德研究小组的主要作者之一,他通过建立一个光活化铝纳米粒子和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

“我们输入光的波长和粒子形状,”楼说

“利用这两个方面,我们可以准确预测哪种形状会产生最好的催化剂

" 这项工作是LANP正在进行的绿色化学努力的一部分,旨在开发商业上可行的光激活纳米催化剂,能够以外科手术般的精确度将能量注入化学反应

LANP之前已经展示了生产乙烯和合成气、分解氨生产氢燃料以及分解“永久化学品”的催化剂

" “这项研究表明,光催化剂的形状是工程师可以用来制造具有更高反应速率和更低活化障碍的光催化剂的另一个设计元素,”莱斯大学的斯坦利·C·哈拉斯说

摩尔电气和计算机工程教授,莱斯斯马利-科尔研究所所长,化学、生物工程、物理和天文学、材料科学和纳米工程教授

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