超結晶でより多くの太陽エネルギーを回収する(Harvesting more solar energy with supercrystals)

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2023-11-30 ミュンヘン大学(LMU)

◆エミリアーノ・コルテスは、太陽光を捉えて効率的に利用するための材料研究に従事。彼はナノコスモスで高エネルギーの太陽光子が原子構造に出会う場所で研究を行い、新しい太陽電池や光触媒の可能性を追求している。
◆彼らの超結晶では、10〜200ナノメートルの範囲で金といったプラズモニック金属を使用し、これによって光子が金の電子と強く相互作用し、化学反応を促進する効果があると説明されています。また、金粒子を整然と配置し、光吸収を多倍に増加させることで、プラチナ粒子を活用して形成酸を水素に変換する光触媒反応を実現しています。この技術は、持続可能な水素生産の促進に寄与し、二酸化炭素の太陽光による変換など他の反応にも可能性を秘めています。

<関連情報>

H2生成のためのプラズモニックバイメタリック2次元超結晶 Plasmonic bimetallic two-dimensional supercrystals for H2 generation

Matias Herran,Sabrina Juergensen,Moritz Kessens,Dominik Hoeing,Andrea Köppen,Ana Sousa-Castillo,Wolfgang J. Parak,Holger Lange,Stephanie Reich,Florian Schulz & Emiliano Cortés
Nature Catalysis

figure 1

Abstract

Sunlight-driven H2 generation is a central technology to tackle our impending carbon-based energy collapse. Colloidal photocatalysts consisting of plasmonic and catalytic nanoparticles are promising for H2 production at solar irradiances, but their performance is hindered by absorption and multiscattering events. Here we present a two-dimensional bimetallic catalyst by incorporating platinum nanoparticles into a well-defined supercrystal of gold nanoparticles. The bimetallic supercrystal exhibited an H2 generation rate of 139mmolgcat−1h−1 via formic acid dehydrogenation under visible light illumination and solar irradiance. This configuration makes it possible to study the interaction between the two metallic materials and the influence of this in catalysis. We observe a correlation between the intensity of the electric field in the hotspots and the boosted catalytic activity of platinum nanoparticles, while identifying a minor role of heat and gold-to-platinum charge transfer in the enhancement. Our results demonstrate the benefits of two-dimensional configurations with optimized architecture for liquid-phase photocatalysis.

1700応用理学一般
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