Studie entfesselt die Kraft des sichtbaren Lichts für nachhaltige Chemie
Ergebnisse könnten die Herstellung wichtiger Chemikalien und Kraftstoffe revolutionieren
Einen Durchbruch bei nachhaltigen molekularen Umwandlungen haben Forscher der Universität Helsinki bekannt gegeben. Unter der Leitung von Professor Pedro Camargo hat das Team eine wichtige Möglichkeit entwickelt, die Kraft des sichtbaren Lichts zu nutzen, um chemische Prozesse mit höherer Effizienz voranzutreiben, was eine umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen Methoden darstellt. Ihre in der Fachzeitschrift ACS Applied Materials and Interfaces veröffentlichten Ergebnisse könnten die Art und Weise, wie wir wichtige Chemikalien und Kraftstoffe herstellen, revolutionieren.
Überwindung von Kosten- und Effizienzbarrieren
Die herkömmliche plasmonische Photokatalyse wurde lange Zeit durch die hohen Kosten und die mangelnde Skalierbarkeit von Materialien wie Silber (Ag) und Gold (Au) behindert. Professor Pedro Camargo und sein Team haben diese Hindernisse jedoch überwunden, indem sie sich auf Materialien konzentriert haben, die auf der Erde in großen Mengen verfügbar sind. Diese Materialien sind wichtig, weil sie in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden können, ohne dass man sich Gedanken über Knappheit oder Erschöpfung machen muss. Konkret konzentrierte sich das Team auf HxMoO3 als plasmonischen Photokatalysator, der mit Palladium (Pd) kombiniert wurde, einem wichtigen Katalysator, der in verschiedenen Branchen weit verbreitet ist. Ihr Ansatz umfasst eine lösungsmittelfreie mechanochemische Synthesetechnik, die sowohl kostengünstig als auch umweltverträglich ist.
Die Kraft des Lichts
Die Forscher erforschten das komplizierte Zusammenspiel optischer Anregungen und entdeckten, dass sie die Leistung ihres Katalysators erheblich steigern konnten, indem sie ihn mit bestimmten Wellenlängen des sichtbaren Lichts bestrahlten. Besonders bemerkenswert ist, dass die gleichzeitige Verwendung von zwei Lichtwellenlängen zu einer erstaunlichen Steigerung der Reaktionsleistung um 110 % führte. Diese gesteigerte Effizienz wird auf die optimierte Erzeugung von energetischen Elektronen an den katalytischen Stellen zurückgeführt, ein entscheidender Schritt in Richtung einer nachhaltigen Katalyse. Sie identifizierten die synergistischen Effekte der HxMoO3-Bandlückenanregung, der Pd-Zwischenbandübergänge und der HxMoO3-Localized Surface Plasmon Resonance (LSPR)-Anregung, die zu einer bemerkenswerten Verbesserung der katalytischen Leistung führen.
Eine grünere Zukunft für die chemische Industrie
"Unsere Arbeit ist ein großer Schritt nach vorn, um chemische Prozesse nachhaltiger zu gestalten", sagt Professor Camargo. "Indem wir Licht als Energiequelle nutzen, könnten wir die Herstellung lebenswichtiger Chemikalien revolutionieren und den Bedarf an fossilen Brennstoffen und die harten Bedingungen in den derzeitigen industriellen Prozessen reduzieren.
Diese Forschung hat ein immenses Potenzial für Anwendungen, die von einer saubereren Kraftstoffproduktion bis zur Herstellung wichtiger Materialien mit geringeren Umweltauswirkungen reichen. Die Auswirkungen dieser Forschung gehen weit über das Labor hinaus und geben Hoffnung auf eine grünere, nachhaltigere Zukunft, da die Gesellschaft sich bemüht, den Klimawandel zu bekämpfen und auf erneuerbare Energiequellen umzustellen.
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Originalveröffentlichung
Leticia S. Bezerra, Samir A. Belhout, Shiqi Wang, Jhon Quiroz, Paulo F.M. de Oliveira, Shwetha Shetty, Guilherme Rocha, Hugo L. S. Santos, Sana Frindy, Freddy E. Oropeza, Víctor A. de la Peña O’Shea, Antti-Jussi Kallio, Simo Huotari, Wenyi Huo, Pedro H.C. Camargo; "Triple Play of Band Gap, Interband, and Plasmonic Excitations for Enhanced Catalytic Activity in Pd/HxMoO3 Nanoparticles in the Visible Region"; ACS Applied Materials & Interfaces, Volume 16, 2024-2-21
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