Il gruppo del Prof. Polshettiwar presso il Tata Institute of Fundamental Research (TIFR) di Mumbai ha sviluppato un nuovo "catalizzatore di riduzione plasmonica stabile nell'aria", sfidando la comune instabilità dei catalizzatori di riduzione in presenza di aria. Il catalizzatore fonde cluster di rutenio drogato con platino, con "oro nero plasmonico". Questo oro nero raccoglie in modo efficiente la luce visibile e genera numerosi punti caldi a causa dell'accoppiamento plasmonico, migliorando le sue prestazioni catalitiche.
Il team descrive il proprio lavoro in un articolo pubblicato sulla rivista Nature Communications .
Ciò che distingue questo catalizzatore è la sua notevole prestazione nella semi-idrogenazione dell'acetilene, un importante processo industriale. In presenza di etene in eccesso e utilizzando solo l'illuminazione a luce visibile senza alcun riscaldamento esterno, il catalizzatore ha raggiunto un tasso di produzione di etene di 320 mmol g −1 h −1 con circa il 90% di selettività. Questa efficienza supera tutti i catalizzatori termici plasmonici e tradizionali conosciuti.
Sorprendentemente, questo catalizzatore mostra le sue migliori prestazioni solo quando insieme ai reagenti viene introdotta aria. Questo requisito unico porta ad una stabilità senza precedenti per almeno 100 ore. I ricercatori attribuiscono questo ai processi simultanei di riduzione e ossidazione mediati dai plasmoni nei siti attivi durante la reazione.
Migliorando ulteriormente la nostra comprensione di questo catalizzatore, le simulazioni nel dominio del tempo a differenza finita (FDTD) hanno rivelato un aumento di cinque volte nel campo elettrico rispetto al DPC incontaminato. Questo potenziamento del campo, dovuto all’accoppiamento del campo vicino tra le nanoparticelle RuPt e il DPC, gioca un ruolo cruciale nell’attivazione dei legami chimici. L'efficacia del catalizzatore è evidente anche nel suo effetto isotopico cinetico (KIE), che è maggiore alla luce che al buio a tutte le temperature.
Ciò indica il ruolo significativo degli effetti non termici insieme all'attivazione fototermica dei reagenti. Studi approfonditi in situ DRIFTS e DFT hanno fornito informazioni dettagliate sul meccanismo di reazione sulla superficie dell'ossido, evidenziando in particolare il ruolo degli intermedi nella selettività. La superficie del catalizzatore RuPt parzialmente ossidata genera acetilene legato di-σ, che poi si trasforma attraverso diversi passaggi per produrre etene.
Questa ricerca segna il primo rapporto su un catalizzatore altamente efficiente, stabilizzato in aria e attivato plasmonicamente per la semi-idrogenazione dell'acetilene, con potenziali applicazioni in una varietà di altre reazioni di riduzione. I risultati offrono contributi significativi alla comprensione della catalisi plasmonica e aprono la strada allo sviluppo di sistemi catalitici sostenibili ed efficienti dal punto di vista energetico.
Ulteriori informazioni: Gunjan Sharma et al, Nanoparticelle di Ru drogate con Pt caricate su nanoreattori plasmonici di "oro nero" come catalizzatori di riduzione stabili dell'aria, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-44954-4
Informazioni sul giornale: Comunicazioni sulla natura
Fornito da Tata Institute of Fundamental Research
