Ett genombrott inom hållbara molekylära transformationer har uppnåtts av forskare vid Helsingfors universitet. Under ledning av professor Pedro Camargo har teamet utvecklat ett viktigt sätt att utnyttja kraften i synligt ljus för att driva kemiska processer med större effektivitet, vilket erbjuder ett grönare alternativ till traditionella metoder.
Deras resultat, publicerade i tidskriften ACS Applied Materials and Interfaces , skulle kunna revolutionera hur vi producerar viktiga kemikalier och bränslen.
Traditionell plasmonisk fotokatalys har länge hindrats av de höga kostnads- och skalbarhetsproblemen i samband med material som silver (Ag) och guld (Au). Professor Pedro Camargo och hans team har dock övervunnit dessa barriärer genom att fokusera på material som är lättillgängligt på jorden i betydande mängder.
Dessa material är viktiga eftersom de kan användas i olika applikationer utan att oroa sig för brist eller utarmning. Specifikt fokuserade teamet på Hx MoO3 som en plasmonisk fotokatalysator, som kombinerades med palladium (Pd), en viktig katalysator som ofta används i olika industrier. Deras tillvägagångssätt involverar en lösningsmedelsfri mekanokemisk syntesteknik, som erbjuder både kostnadseffektivitet och miljömässig hållbarhet.
Forskarna grävde ner sig i det invecklade samspelet mellan optiska excitationer och upptäckte att de genom att lysa specifika våglängder av synligt ljus på sin katalysator kunde förbättra dess prestanda avsevärt. Mest anmärkningsvärt, att använda två våglängder av ljus samtidigt resulterade i en 110% ökning av reaktionseffektiviteten. Denna förbättrade effektivitet tillskrivs den optimerade genereringen av energiska elektroner vid de katalytiska platserna, ett avgörande steg framåt i hållbar katalys.
De identifierade de synergistiska effekterna av Hx MoO3 bandgapsexcitering, Pd-interbandsövergångar och Hx MoO3 lokaliserad ytplasmonresonans (LSPR) excitation, vilket leder till anmärkningsvärda förbättringar av katalytisk prestanda.
"Vårt arbete erbjuder ett stort steg framåt för att göra kemiska processer mer hållbara", säger professor Camargo. "Genom att använda ljus som energikälla kan vi potentiellt revolutionera hur viktiga kemikalier produceras, vilket minskar behovet av fossila bränslen och tuffa förhållanden i nuvarande industriella processer."
Denna forskning har en enorm potential för tillämpningar som sträcker sig från renare bränsleproduktion till tillverkning av väsentliga material med mindre miljöpåverkan.
Implikationerna av denna forskning sträcker sig långt utanför laboratoriet, och ger hopp om en grönare, mer hållbar framtid när samhället strävar efter att bekämpa klimatförändringar och övergången till förnybara energikällor.
Mer information: Leticia S. Bezerra et al, Triple Play of Band Gap, Interband och Plasmonic Excitations för Enhanced Catalytic Activity in Pd/HxMoO3 Nanoptics in the Visible Region, ACS Applied Materials &Interfaces (2024). DOI:10.1021/acsami.3c17101
Journalinformation: ACS-tillämpade material och gränssnitt
Tillhandahålls av Helsingfors universitet
