Sciencemag.cz
Doporučujeme
Tvar nanočástic ovlivňuje jejich schopnost katalyzovat chemické reakce, a to dokonce i když jde o fotokatalýzu, kdy hlavní roli hraje světlo.
Na Rice University testovali různé nanočástice hliníku, jejichž optické vlastnosti samy o sobě by se neměly nijak lišit, tyto nanočástice měly ovšem odlišný tvar. Autoři studie vedle sebe zkoumali částice v podobě čtrnáctistěnu s 24 vrcholy, krychle a krychle s 8 vrcholy protaženými ven, jako by šlo o chapadla chobotnice (takže těleso bylo konkávní).
Po osvícení hliník pohltí foton a jeho energii využije k produkci vysokoenergetických elektronů, které pak fungují jako vlastní katalyzátor. Tři různé nanočástice byly při reakci rozkládající molekulu vodíku na atomy různě účinné; nejhůře dopadl čtnáctistěn, nejlépe „chobotnice“. Rychlost reakce zde byla 10krát větší než u čtrnáctistěnu a 5krát větší než u krychle. Nižší byla i aktivační energie potřebná pro reakci (poznámka: není úplně jasné, co to znamená, tisková zpráva přesněji řečeno mluví o „zdánlivé aktivační energii/bariéře“).
Zdá se, že obecně účinnost roste s úhlem v rohu – čím menší, tím lépe; v protažené krychli byl úhel v rohu 60°. Samozřejmě nelze zmenšovat do nekonečna, musíme dokázat příslušnou nanočástici vůbec vyrobit a nesmí se rozpadat.
Dodatečně vypracovaný teoretický model praví, že ideální tvar nanočástice navíc závisí i na vlnové délce použitého světla; Model funguje tak, že se do něj zadá vlnová délka a různé tvary a on je seřadí podle účinnosti. Není to triviální ani pro jediný katalyzátor a jedinou katalyzovanou reakci. Každý chemický proces bude možná třeba ladit speciálně, alespoň dokud nebude k dispozici nějaký obecnější model.
Práce je součástí výzkumu nanokatalyzátorů, které mají chemickým reakcím dodávat energii světla s „chirurgickou přesností“. Cílem je vyhnout se třeba nutnosti provádět reakce za vysokých teplot/spotřeby energie.
Lin Yuan et al, Morphology-Dependent Reactivity of a Plasmonic Photocatalyst, ACS Nano (2020). DOI: 10.1021/acsnano.0c05383
Zdroj: Rice University/Phys.org
