POSTECH en een groep onderzoekers hebben een technologie ontwikkeld die de prestaties van plasmonische fotokatalysatoren drastisch verbetert met behulp van 'core@shell'-nanokristallen met atomair conforme metaallaminaties.

Core@shells nanokristallen, die een structuur hebben van een kern omgeven door een schaal, kan de grensvlaksynergie van de kern- en shell-tegenhangers benutten, rendering toepassingen in katalyse, elektronica, en weergaven. Vooral, het oppervlak van de kernplasmonische nanodeeltjes (goud) zijn uniform gecoat met katalytisch actieve overgangsmetalen (platina, palladium, ruthenium, en rhodium) in de core@shell-structuren. Onder de blootstelling van licht, het oppervlak van deze fotokatalytische hybride kan lichtenergie efficiënt omzetten in chemische energie.

Om een ​​efficiënt plasmonisch-katalytisch hybride systeem te vormen, een techniek voor het coaten van een zeer dunne metalen schaal op de plasmonische kern is cruciaal. Echter, conventionele strategieën die tot nu toe zijn gerapporteerd, veroorzaken dikke schillen door de kernmaterialen te beschadigen of te vervormen, hun plasmonische eigenschappen aanzienlijk in gevaar brengen.

Het onderzoeksteam onder leiding van professor In Su Lee van de afdeling Chemie van POSTECH heeft een opsluitingssysteem voor nanostructuren gefabriceerd om de factoren te elimineren die de groei van dikke schillen in conventionele technieken veroorzaakten en een systeem waarin plasmonische nanodeeltjes afzonderlijk in oplossing kunnen worden gescheiden. Hier, door een lichtbron te bestralen, de onderzoekers slaagden erin om het oppervlak van de plasmonische nanokristallen te coaten met een zeer dunne en uniforme laminering met een dikte van een atoom. Het kan op dezelfde manier worden uitgedrukt als het bekleden van het oppervlak van een pil in een capsule met een dunne film.

Deze dun gecoate metalen laminering had geen invloed op de optische eigenschappen van het kernmateriaal, en deze strategie biedt een platform om hybride fotokatalytische materialen te synthetiseren, waarin de katalytische prestatie van de schaal en de plasmonische eigenschappen van het kernmateriaal effectief worden gecombineerd. Vooral, gold@platina hybride nanokristallen gecoat met een dunne platinafilm op plasmonische gouden nanostaafjes vertoonden een zeer hoge energieconversie, resulterend in een verhoogde katalysesnelheid voor een fotokatalytische reactie, die organische moleculen omzet met behulp van nabij-infraroodlaser als energiebron zonder enig verlies van de katalytische activiteit, zelfs na herhaald gebruik. Bovendien, met behulp van deze aanpak, verschillende oppervlaktekrommingen van plasmonische nanokristallen kunnen onafhankelijk worden gecoat en geactiveerd met behulp van verschillende lichtbronnen, zodat de activiteit van een specifieke katalysator onder gemengde katalysatormaterialen selectief en op afstand werkzaam kan zijn.

"Met de synthesebenadering die in deze studie is ontwikkeld, katalytisch actieve metalen kunnen dun worden gecoat op het oppervlak van verschillende soorten plasmonische nanodeeltjes op atomair niveau, " merkte professor In Su Lee op die de studie leidde. "Door synergie met de metalen schaal, het kan worden gebruikt als een zeer efficiënte fotokatalysator op verschillende gebieden, waaronder duurzame energieconversie, biotechnologie, en biomedische velden."

Een POSTECH-onderzoeksteam onder leiding van professor In Su Lee, Onderzoeksprofessor Amit Kumar, en Ph.D. kandidaat Anubhab Acharya van POSTECH's Department of Chemistry in samenwerking met professoren Junsuk Rho van POSTECH, Yoon-Kyoung Cho van UNIST, en Sang Ho Oh van Sungkyunkwan University. Op basis van het unieke 'nanospace-confined chemical reaction (NCCR)'-onderzoek dat door het onderzoekscentrum wordt bestudeerd, naar verwachting kan dit onderzoek worden ontwikkeld tot een technologie om de functies van cellen kunstmatig te reguleren.

De studie werd gepubliceerd als voorblad in de Tijdschrift van de American Chemical Society