Dado que la reacción necesita temperaturas muy altas, lo que conduce a una rápida inactivación del catalizador, los investigadores exploraron la idea de catalizar la hidrogenación del dióxido de carbono en la cámara a una temperatura moderada mediante la excitación plasmónica de H2 y CO2 utilizando un catalizador plasmónico.
en papel Publicado en la revista ACS Nanolos científicos explicaron que generaron la reacción a bajas temperaturas entre 84°C y 223°C sin calentamiento externo.
Encontraron un aumento múltiple en la actividad catalítica en comparación con el catalizador DPC-C4 hasta el punto de que solo se observó fotoactividad medible con el catalizador DPC-C4-Ni. Su trabajo demostró la tasa de producción de CO2 mejor informada de 2464 ± 40 mmol gNi-1 h-1 y una selectividad superior al 95 % en condiciones de flujo. El catalizador también mostró una extraordinaria estabilidad (100 horas).
La dependencia de la ley de potencia superlineal de la intensidad de la luz con el aumento de la eficiencia cuántica fotocatalítica aumentó con el aumento de la intensidad de la luz y la temperatura de reacción, mientras que el efecto isotópico cinético (KIE) fue mayor en la luz que en la oscuridad, lo que confirma el mecanismo de reacción mediado por el calor. electrón.
Los estudios ultrarrápidos de la dinámica de los portadores calientes demostraron la inyección ultrarrápida de electrones de Au a Ni, lo que resultó en el llenado del reactor de Ni con portadores de carga. Los investigadores observaron una firma espectral de tal generación de carga indirecta debido a la transferencia de electrones calientes del oro al níquel. Las simulaciones de dominio de tiempo de diferencia finita también mostraron una mejora de la intensidad del campo local inducida por plasmones en DPC-C4-Ni.
Un estudio DRIFTS in situ mostró que las vibraciones de C=O se extienden desde el CO unido linealmente sobre los átomos de Ni, mientras que se impedía la formación de especies de carbonilo puente. La hidrogenación del dióxido de carbono se produjo a través de una vía de disociación directa a través del níquel unido linealmente. El CO unido linealmente en los sitios Ni de DPC-C4-Ni estaba débilmente unido debido a su débil enlace Ni-C. Por lo tanto, la adsorción eficiente de dióxido de carbono restringió la hidrogenación del metano, dando como resultado una selectividad de más del 95% de dióxido de carbono.
Según el grupo, la alta tasa de producción y la selectividad se deben a la alta dispersión de las NP de Ni en el oro negro, que proporciona una vía de dióxido de carbono deficiente, además de la excelente capacidad de captación de luz del oro negro. Debido a la excitación de electrones en la banda d de Ni a un nivel de energía más alto durante la pasivación plasmónica del SPR de oro negro, así como el llenado de la banda d de Ni debido a la transferencia de electrones calientes del oro negro a Ni, los sitios de Ni mostraron una excelente actividad incluso en partículas de menor tamaño.
Desde su punto de vista, el excelente rendimiento catalítico del oro negro de Ni puede proporcionar una forma de desarrollar catalizadores plasmónicos para la reducción de CO y otros procesos catalíticos que utilizan oro negro.
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