作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 金-氧化亚铜催化剂的表征及其对光照的催化性能响应
丙烯在金-氧化亚铜等离子体结构上的自然电位调节部分氧化示意图
(二)金-氧化亚铜层状结构的扫描电镜图像
(三)所制备的碳-氧化亚铜和金-氧化亚铜分级结构的XRD图谱
a
u
，任意单位
制备的碳-氧化亚铜和金-氧化亚铜分级结构的铜的光电子能谱
(5)在150℃和无光照条件下，丙烯部分氧化为金-氧化亚铜的转化率和选择性，显示了光诱导的转化率的提高和对产物选择性的影响
(六)丙烯转化为氧化亚铜和金氧化亚铜，在不同温度下有无光照
作为工作温度的函数，由Cu2O和Au-Cu2O的照明引起的转化增强
氧化亚铜(灰色)和金-氧化亚铜(红色)催化丙烯醛的选择性与丙烯转化率的函数关系
(一)CO2对氧化亚铜(灰色)和金-氧化亚铜(红色)的选择性，有无光照均为丙烯转化率的函数
学分:科学进步，doi: 10
1126/sciadv
abf0962 在实验室优化催化时，产品选择性和转化效率是材料科学家的主要目标
效率和选择性通常是相互对立的，高选择性伴随着低效率，反之亦然
提高温度也可以改变反应途径
在一份新的报告中，中国厦门大学和美国加州大学圣巴巴拉分校的化学和化学工程科学家团队
S
，构建了分级等离子体纳米反应器来显示非精细热场和电子
在等离子体纳米结构中，组合属性是唯一共存的
该团队调节丙烯部分氧化的平行反应路径，并在实验过程中选择性地产生丙烯醛，以形成不同于热催化的产物
该工作描述了一种优化化学过程并在可见光照射下在较低温度下获得高收率和高选择性的策略
这项工作现在发表在《科学进展》杂志上
催化剂 理想的催化过程可以在成本有效的条件下产生所需的目标产物，而没有不良的副作用，尽管在实践中很少达到这样的条件
例如，高效率和高选择性是对立的目标，通常需要相对高的温度来克服氧活化的大障碍，以实现高反应物转化率
提高功能温度也会导致过度氧化，从而产生额外的副产物
因此，研究人员必须在选择性和效率之间做出妥协
例如，给定的分子通常需要不同的催化剂来产生不同的产物，其中每种催化剂具有不同的效率和选择性
为了规避任何限制，他们可以利用表面等离子体在空间和时间上重新分布光子、电子和热能
在这项工作中，该团队使用丙烯部分氧化作为模型系统和等离子体分级纳米结构作为催化剂
使用该装置，他们展示了激发SPs如何同时提高选择性和转化效率，从而在低温下以高选择性同时活化高产率的产物
催化剂中含有明确的氧化铜纳米晶(Cu2O)，具有良好的催化活性；使用等离子体金纳米粒子(金-氧化亚铜)进一步活化
詹等
使用可见光照明显示丙烯转化率增加了18倍，而在实验过程中丙烯醛的选择性增加了约50-80%
光强和波长相关实验及金@二氧化硅-氧化亚铜催化剂的催化性能
金-氧化亚铜分级结构在150℃时的催化性能(转化率和选择性)，作为入射光强度的函数
金-氧化亚铜分级结构在150℃时的催化性能(转化率和选择性)是入射光波长的函数
红色曲线是金纳米粒子的消光光谱
金@二氧化硅-氧化亚铜分级结构的转换和转换增强，在不同温度下有和没有光照
(4)使用氧化亚铜、金-氧化亚铜分级结构和金@二氧化硅-氧化亚铜分级结构作为催化剂，丙烯醛和过氧化氢的生成速率作为温度的函数而增加，通过用有光照的丙烯醛或过氧化氢的生成速率除以无光照的生成速率来计算
学分:科学进步，doi: 10
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abf0962 光照相关催化剂的实验体系及表征
科学家们改变了装置的波长，并使用二氧化硅外壳来隔离电子效应，然后开发一个计算模型来理解实验过程
詹等
确定等离子体效应(如高能电子和限制在纳米尺度的热进料)如何对反应选择性产生不同的影响，以调节反应途径并选择性产生丙烯醛或消除连续反应
该小组在石英微反应器中在大气压下进行丙烯的部分氧化，以同时进行温度控制和照明
他们选择这种反应是因为它的商业价值
詹等
使用300瓦的氙灯过滤以排除紫外线区域作为光源，总强度为200毫瓦/平方厘米
他们发现丙烯醛、聚环氧丙烷和二氧化碳是主要的反应产物
利用x光衍射和x光电子能谱，他们证实了立方氧化铜的晶体结构和表面组成
然后，他们在有或没有光照的不同温度下进行催化实验
在没有光照的情况下，丙烯在碳-氧化亚铜上的反应速率与以前的报道一致
照射金基金-氧化亚铜后，丙烯转化率大大提高
为了确定等离子体增强，詹等
将催化剂在光照下的性质除以不光照下的性质，以确定等离子体增强
不同粒子浓度下的计算热效应
(一)表面颗粒密度为25/μm2时的温度分布；温度场位于粒子附近
(二)中等表面颗粒密度为300/μm2的温度分布；温度场位于粒子附近，集体热效应导致周围介质温度升高
(三)表面颗粒密度高达1300/μm2的温度分布；随着周围介质温度的显著升高，温度会离域
(四)温度分布作为X的函数，如(一)(蓝色实线)、(二)(红色实线)和(三)(黄色实线)所示
中等的颗粒密度可以产生相当大的局部温度，颗粒周围有很大的梯度，周围介质有一定的温度升高
使用具有不同周期的粒子阵列(11 × 11)来模拟粒子覆盖的衬底表面
衬底上方2纳米的平面部分用于便于温度分布的俯视图
学分:科学进步，doi: 10
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abf0962 光强和波长相关实验 科学家随后指出，催化性能是光强度的函数，具有超线性相关性，这是由表面等离子体激元诱导的高能电子驱动的化学反应的标志
然而，在复杂系统中，很难用它作为足够的证据来确定高能电子过程
独特的环氧丙烷选择性取决于入射光的波长，在这种情况下，是由局部加热与
高能电子
为了从等离子体晶体的局部加热中识别高能电子，詹等
用5纳米厚的二氧化硅壳包覆金纳米粒子(NPs)以减少电子转移，同时允许局部加热
利用透射电子显微镜、循环伏安法和拉曼光谱，研究小组证明了贝壳上没有针孔
5纳米二氧化硅壳层进一步抑制了电荷转移过程
然后，科学家们使用金二氧化硅氧化铜(金@二氧化硅-氧化亚铜)分级结构作为催化剂，并在有或没有光照的不同温度下进行实验
辨别局部热效应 该小组还进行了实验来证实纳米复合热场的存在
为此，他们使用传统的宏观模型计算温度分布
詹等
然后考虑颗粒和周围介质之间的界面热阻，同时还考虑相对于颗粒密度的集体热效应
然后，他们考虑了不同粒子密度的氧化铜表面组装的金纳米粒子的热效应
在低粒子密度下，研究小组观察到高温局限在粒子附近，周围介质的温度上升有限
在高粒子密度下，温度不再是局部的，而是周围的介质显示出更高的温度
光电子和光热对化学反应的贡献示意图
高能电子和局部热效应都会影响化学反应，但方式不同
高能电子调节反应路径以提高丙烯醛的选择性
分级结构中SPs的局部热效应可以隔离活性区，消除连续反应，从而大大降低过氧化，提高所有部分氧化产物的选择性
学分:科学进步，doi: 10
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abf0962 前景 通过这种方式，赵展和他的同事展示了由表面等离子体创造的独特环境，以极大地提高转化率和调节丙烯选择性氧化的选择性
他们将这一结果归功于高能电子与纳米复合热场的耦合
这种现象通过不同的方式作用于化学反应，导致不同的结果
与竞争调节相比，等离子体反应器耦合高能电子和纳米复合热场以促进转化率并同时调节选择性
等离子体反应器对化学反应也有不同的影响，并通过减少连续反应来调节反应途径
等离子体纳米结构可以相互选择和有效，这表明了一种适用于一系列催化过程的范例
表面等离子体提供了一种新的机制来进行催化反应，并能够更有效地利用太阳能或可见光来驱动化学反应
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