Design, Steuerung und Synthese von atomar präzisen Trägerkatalysatoren
Wahl des Trägermaterials kann drastische Auswirkungen auf die Struktur des Katalysators haben
In Zusammenarbeit mit Experimentalwissenschaftlern der Universität Gent, Belgien, und der Universität Utrecht, Niederlande, haben Forscher des Nanowissenschaftszentrums (NSC) der Universität Jyväskylä kürzlich entdeckt, dass die Wahl eines Trägermaterials für Modellkatalysatoren, das aus Goldnanoclustern besteht, die durch organische Moleküle geschützt sind, drastische Auswirkungen auf die Struktur des Katalysators haben kann. Auf bestimmten Trägern zerfallen die Cluster vollständig, während sich auf anderen die organische Schutzschicht ablöst und die intakten metallischen Nanocluster zurückbleiben, die als Katalysatoren für eine gewünschte Reaktion dienen können.
Die Forschungsarbeiten, die im Juni 2020 auf dem Titelblatt der Zeitschrift Chemistry-A European Journal erschienen sind. Auf dem Bild: Goldcluster (gelbe Edelsteine), die durch organische Moleküle (rosa und blaue Edelsteine) geschützt sind, die sich je nach dem Träger, auf dem sie abgelagert sind, auf zwei verschiedene Arten aufspalten. Im links dargestellten Fall zerfällt der Goldcluster vollständig in monoatomare Spezies, während im rechts dargestellten Fall die organischen Moleküle sich wegbewegen und den intakten Goldcluster zur Katalyse bereit hinterlassen.
The University of Jyväskylä
Katalysatoren sind wichtig für die Herstellung von Chemikalien, die in unserem täglichen Leben verwendet werden. Sie sparen eine Menge Energie und beschleunigen chemische Reaktionen im Vergleich zu ihren unkatalysierten Pendants.
Nanomaterialien, insbesondere metallische Nanocluster, sind aufgrund ihrer hohen Effizienz weit verbreitet und werden für diese Anwendungen in der Regel auf einen inaktiven Oxidträger aufgebracht. Diese Nanocluster sind jedoch manchmal weniger stabil und werden daher mit einer Schicht aus organischen Molekülen geschützt. Die vorliegende Studie ist ein wichtiger Schritt in Richtung Design, Steuerung und Synthese von atomar präzisen Trägerkatalysatoren mit massgeschneiderten physikalischen und chemischen Eigenschaften.
Goldnanocluster (Aun) unterschiedlicher Größe, die durch phosphinorganische Moleküle geschützt sind, wurden auf vier verschiedenen Trägern abgeschieden, und ihre Eigenschaften wurden mittels Röntgenabsorptionsspektroskopie gemessen. Auf Brönsted-Säure-Trägern (Oberflächen, die die Tendenz haben, Protonen abzugeben) waren die Cluster vollständig fragmentiert und zerbrachen den Au-Cluster, während auf Lewis-Säure-Trägern (Oberflächen, die die Tendenz haben, Elektronen zu gewinnen) die phosphinorganische Schicht abblätterte und der metallische Aun-Cluster die ursprüngliche Größe des Clusters beibehielt.
Die in Jyväskylä entwickelten theoretischen Modelle erklären die experimentellen Beobachtungen durch die Untersuchung des Ladungstransfers zwischen dem Träger und den Clustern.
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