POSTECH e un gruppo di ricercatori hanno sviluppato una tecnologia che migliora notevolmente le prestazioni dei fotocatalizzatori plasmonici utilizzando nanocristalli "core@shell" con laminazioni metalliche atomicamente conformi.

Nanocristalli Core@shells, che hanno una struttura di un nucleo circondato da un guscio, può sfruttare la sinergia interfacciale dalle controparti core e shell, applicazioni di rendering in catalisi, elettronica, e mostra. In particolare, la superficie delle nanoparticelle plasmoniche del nucleo (oro) è rivestita uniformemente con metalli di transizione cataliticamente attivi (platino, palladio, rutenio, e rodio) nelle strutture core@shell. Sotto l'esposizione della luce, la superficie di questo ibrido fotocatalitico può convertire in modo efficiente l'energia luminosa in energia chimica.

Al fine di formare un efficiente sistema ibrido plasmonico-catalitico, una tecnica per rivestire un guscio metallico molto sottile sul nucleo plasmonico è cruciale. Però, strategie convenzionali finora riportate causano gusci spessi danneggiando o deformando i materiali del nucleo, compromettendo significativamente le loro caratteristiche plasmoniche.

Il team di ricerca guidato dal professor In Su Lee del Dipartimento di Chimica di POSTECH ha fabbricato un sistema di confinamento di nanostrutture per eliminare i fattori che hanno causato la crescita di gusci spessi nelle tecniche convenzionali e un sistema in cui le nanoparticelle plasmoniche possono essere separate individualmente in soluzione. Qui, irradiando una sorgente luminosa, i ricercatori sono riusciti a rivestire la superficie dei nanocristalli plasmonici con laminazioni molto sottili e uniformi dello spessore di un atomo. Può essere espresso in modo simile al rivestimento della superficie di una pillola in una capsula con un film sottile.

Questa laminazione metallica con rivestimento sottile non ha influenzato le proprietà ottiche del materiale del nucleo, e questa strategia fornisce una piattaforma per sintetizzare materiali fotocatalitici ibridi, in cui le prestazioni catalitiche del guscio e le proprietà plasmoniche del materiale del nucleo sono efficacemente combinate. In particolare, i nanocristalli ibridi gold@platinum rivestiti con un sottile film di platino su nanotubi d'oro plasmonici hanno mostrato una conversione di energia molto elevata con conseguente aumento della velocità di catalisi per una reazione fotocatalitica, che converte molecole organiche utilizzando il laser nel vicino infrarosso come fonte di energia senza alcuna perdita nell'attività catalitica anche dopo un uso ripetuto. Inoltre, utilizzando questo approccio, diverse curvature superficiali dei nanocristalli plasmonici possono essere rivestite e attivate indipendentemente utilizzando diverse sorgenti luminose, in modo che l'attività di un catalizzatore specifico tra materiali catalitici misti possa essere operabile selettivamente e da remoto.

"Con l'approccio di sintesi sviluppato in questo studio, i metalli cataliticamente attivi possono essere rivestiti in modo sottile sulla superficie di vari tipi di nanoparticelle plasmoniche a livello atomico, " ha rimarcato il professor In Su Lee che ha guidato lo studio. "Attraverso la sinergia con il guscio metallico, può essere utilizzato come fotocatalizzatore ad alta efficienza in vari campi tra cui la conversione dell'energia sostenibile, biotecnologia, e biomedicina”.

Un team di ricerca POSTECH guidato dal professor In Su Lee, Professore di ricerca Amit Kumar, e dottorato di ricerca candidato Anubhab Acharya del Dipartimento di Chimica di POSTECH in collaborazione con i professori Junsuk Rho di POSTECH, Yoon-Kyoung Cho dell'UNIST, e Sang Ho Oh dell'Università Sungkyunkwan. Sulla base dell'esclusiva ricerca sulla "reazione chimica confinata nel nanospazio (NCCR)" studiata dal centro di ricerca, si prevede che questa ricerca possa essere sviluppata in una tecnologia per regolare artificialmente le funzioni delle cellule.

Lo studio è stato pubblicato come articolo di copertina nel Giornale della Società Chimica Americana