研究人員從金納米團(tuán)簇中設(shè)計(jì)出一種穩(wěn)定 高性能的光催化劑

有助于驅(qū)動反應(yīng)的催化劑無處不在，無論是作為體內(nèi)消化食物的酶，還是汽車中分解污染物的催化轉(zhuǎn)換器。在化學(xué)反應(yīng)中，催化劑在使其更有效方面發(fā)揮著重要作用。最近，可以加速各種熱、電化學(xué)和光化學(xué)反應(yīng)的原子級精確金屬納米簇 (NC) 已被用于設(shè)計(jì)有用的催化劑。這些 NC 是微小顆粒(小于 2 納米)，其性質(zhì)可以通過改變其原子組成來改變。這就是為什么金屬NCs受到了相當(dāng)多的關(guān)注，科學(xué)家們試圖找到各種合成具有獨(dú)特功能的NCs的方法。

制造原子級精確金屬 NC 的一種流行方法是使用配體(將自身連接到中心金屬核的分子或離子)。這些配體不僅保護(hù)微小的 NC，而且影響它們的化學(xué)反應(yīng)性和選擇性。然而，有時反應(yīng)性低于預(yù)期。

為了提高配體保護(hù)的金屬 NCs 的催化活性，它們在無氧的高溫爐中加熱(稱為“煅燒”的過程)以從主簇中去除配體。然而，在非常高的溫度下加熱顆粒會導(dǎo)致 NC 積聚，通常會導(dǎo)致反應(yīng)性降低。“當(dāng)配體在沒有特殊處理的情況下被去除時，金屬 NCs 很容易聚集在載體上并失去其特定尺寸的特性。必須了解配體煅燒的機(jī)制，才能在適當(dāng)?shù)臈l件下創(chuàng)建高功能的多相催化劑，”研究納米團(tuán)簇合成的東京理科大學(xué) Yuichi Negishi 教授說。

在Angewandte Chemie發(fā)表的一項(xiàng)新研究中，Negishi 教授帶領(lǐng)一個研究團(tuán)隊(duì)，包括 Tokuhisa Kawawaki 助理教授、Yuki Kataoka 先生、Momoko Hirata 女士和 Yuki Akinaga 先生，深入挖掘配體去除機(jī)制NC 中的過程。在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員合成了由兩個配體 2-苯基乙硫醇和巰基苯甲酸保護(hù)的金 NC，然后將它們負(fù)載在光催化金屬氧化物上。接下來，該團(tuán)隊(duì)在 195°C 至 500°C 的不同溫度下加熱準(zhǔn)備好的材料。在每一步之后，他們使用紅外光譜、X 射線光電子能譜和透射電子顯微鏡等技術(shù)分析產(chǎn)品，以確定其化學(xué)成分的變化。

在配體完全釋放后，該團(tuán)隊(duì)通過用紫外線照射樣品將金 NCs 嵌入氧化鉻薄膜中，以防止 NCs 聚集。該過程產(chǎn)生了具有有用特性的光催化劑，例如高水分解活性和穩(wěn)定性。

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