Форма фотонанокатализаторов имеет огромное значение

При проектировании наночастиц, которые с помощью света управляют важными химическими реакциями, имеют значение даже точки.

Исследователям из лаборатории нанофотоники университета Райса давно известно, что форма наночастицы влияет на ее взаимодействие со светом. Последние исследования показывают, как форма влияет на способность частицы использовать свет для катализа важных химических реакций.

В сравнительном исследовании аспиранты лаборатории Линь Юань и Минхань Лу с коллегами исследовали наночастицы алюминия с одинаковыми оптическими свойствами, но разной формой.

Самые округлые имели 14 сторон и 24 закругления. Кубические имели 6 сторон и 8 прямых углов. Третьи, которые команда назвала октоподами, тоже имели 6 сторон, но все 8 углов соединялись вогнутыми дугами, а не прямыми.

Все три разновидности могут улавливать энергию света и периодически выделять ее в виде суперэнергетических горячих электронов, способных ускорять каталитические реакции.

Химик Юань провел эксперименты и увидел, насколько хорошо каждая из частиц действует в качестве фотокатализатора для реакции диссоциации водорода. Тесты показали, что с октоподами скорость реакции в 10 раз выше, чем с нанокристаллами с 14 сторонами, и в 5 раз выше, чем с нанокубами. А еще у октоподов выявили более низкую видимую энергию активации, примерно на 45% ниже, чем у нанокубов, и на 49% ниже, чем у нанокристаллов.

— Эксперименты показали, что более острые углы повышают эффективность, заметил Юань, соавтор опубликованного в издании ACS Nano исследования. — У октоподов углы — примерно 60 градусов, у кубов — 90 градусов, а у округлых наночастиц углы и вовсе тупые. Чем острее угол, тем выше эффективность реакции. Величину угла ограничивает лишь химический синтез. Это будут всегда одиночные кристаллы определенной структуры, которые не получится постоянно делать все более острыми.

Физики Лу подтвердил результаты каталитических экспериментов, разработав теоретическую модель процесса переноса энергии горячих электронов между светоактивированными наночастицами алюминия и молекулами водорода.

— Мы вводим длину волны света и форму частиц, сказал Лу. — Используя эти два аспекта, мы сможем точно спрогнозировать, какая именно форма производит лучший катализатор.

Данная работа — часть постоянных усилий лаборатории в области «зеленой химии», направленных на разработку коммерчески жизнеспособных светоактивируемых нанокатализаторов, коорые с хирургической точностью вводят энергию в химические реакции.

Ранее лаборатория представила катализаторы для получения этилена и сингаза, расщепления аммиака для производства водородного топлива и для разложения «вечных химикатов».

— Исследование показывает, что форма фотокатализатора  — это еще один конструктивный элемент, который разработчики могут использовать для создания фотокатализаторов с более высокой скоростью реакции и более низкими барьерами активации, заключил профессор Халас.

20.09.2020


Подписаться в Telegram



Нано

ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик
ASC Nano: Ученые придумали, как свернуть нанолист в рулончик

Исследователи из Токийского столичного ун...

Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды
Nano Letters: Вибрирующие нанопузырьки помогут усовершенствовать очистку воды

Новое исследование физики вибрирующих нанопузы...

Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной
Nature Nanotechnology: Замена асбеста в строительстве оказалась не менее опасной

Патогенный потенциал вдыхания инертных волокни...

Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения
Nano Letters: Уязвимость ГЭБ у пациентов с Альцгеймером используют для лечения

Нейродегенеративными заболеваниями, такими как...

Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод
Electrochemistry Communications: Из нанопагод ZnO разработан фотоэлектрод

Исследовательская группа, состоящая из со...

LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах
LS&A: Исследователи усилили передачу сигнала в перовскитовых нанолистах

Перовскитовые материалы по-прежнему вызывают б...

Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры
Nature Communications: В модельном организме ученые нашли наноструктуры

У всех представителей животного царства есть ж...

PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей
PNAS: Ученые применили нанотехнологии для понимания поведения опухолей

Исследование, проведенное докторантом Пабло С....

Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц
Small: Форма пропеллера поможет обуздать движение наночастиц

Самодвижущиеся наночастицы потенциально могут ...

Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона
Science Advances: Нанопластики способствуют развитию болезни Паркинсона

Нанопластики взаимодействуют с особым бел...

Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл
Nature Materials: Из наночастиц и ДНК ученые собрали квазикристалл

Наноинженеры создали квазикристалл &mdash...

Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе
Physical Review Fluids: Волновую механику применили в нанометровом масштабе

Исследователи показали, что принципы рабо...

Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь
Исследователи создали нанопленку, укрощающую огонь

Высокотемпературное пламя используется для&nbs...

Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками
Ученые разработали нанотатуировки для наблюдения за клетками

Инженеры разработали наноразмерные татуировки&...

Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани
Ученые обнаружили нанороботов в живой ткани

Самое удивительное, что они там, каж...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
Новая реалистичная компьютерная модель поможет роботам собирать лунную пыль
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
С помощью GPT-4 создали видеоуроки по педиатрии для слабо обеспеченных больниц
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Телескоп Джеймс Уэбб обнаружил следы нейтронной звезды в легендарной сверхновой
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Нервная анорексия у мужчин опасна для жизни
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Nicotine & Tobacco Research: Запрет сигарет с ментолом помогает бросить курить
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Новое исследование роли дофамина поможет лечить болезнь Паркинсона
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Мальротацию кишечника новорожденных помогут распутать лягушачьи икринки
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Nature Comm: Младенцев с синдромом Дауна в древности почитали как особенных
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Крошечную метку на замену RFID сделали еще надежнее
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Освоение космоса: остановить нельзя развивать
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Гигантские антарктические морские пауки удивили всех отношением к потомству
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Геномы бабочек и мотыльков практически не изменились за 250 млн лет эволюции
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике
Как выглядит работающий рекламный баннер
Как выглядит работающий рекламный баннер
Исследование: теряя товарищей по стае, овсянки отказываются зимовать на прежнем месте
Исследование: теряя товарищей по стае, овсянки отказываются зимовать на прежнем месте

Новости компаний, релизы

НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
НАИРИТ объявит итоги Всероссийского инновационного конкурса 21 февраля
«Инструменты инновационного развития»
«Инструменты инновационного развития»
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
3 причины перехода с печатной рекламы на цифровую
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Виды резервирования серверов для задач АСУ ТП
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса
Выбор клиники и лечащего врача с помощью специализированного сервиса