太阳城网站网址“天线反应器”催化剂提供两全其美

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太阳城网站网址“天线反应器”催化剂提供两全其美

技术结婚捕光纳米天线,以高反应速率的催化剂

休斯敦 - (2016年7月18日) - 在发现可能改变一些世界上最能源密集型的制造工艺,研究人员在莱斯大学的实验室的纳米光子学已经公布了团结的新方法,光捕获光子纳米材料和高效率的金属催化剂。

antenna-reactor catalytic nanoparticle

莱斯大学的天线反应器等离激元的催化剂结合了高效率的金属催化剂的光收获纳米材料。在这个图像中,活性钯“岛”点的底层铝晶体,其用作光子天线捕获的光的氧化铝表面,并激活催化岛屿。 (d的图像提供。swearer / Rice大学)

每年,化学品生产商花费数十亿美元在金属催化剂,材料骨刺或加速化学反应。 催化剂 用于生产美元的化工产品万亿美元。不幸的是,大多数催化剂仅在高温或高压或两者工作。例如,美国能源信息署 估计 在2010年,只有一个美国的部分化学工业,塑料树脂的生产中,用于几乎千万亿 英热单位 能源,大约相同的 能包含在汽油8十亿加仑。

纳米技术研究人员一直有兴趣在捕捉一些全球催化市场的高能效光子材料,金属材料是量身定做的原子精度上获取能量来自阳光的。不幸的是,收获光的最佳纳米材料 - 金,银,铝 - 都不是很好的催化剂,而最好的催化剂 - 钯,铂和铑 - 是在捕获太阳能较差。

新的催化剂,它是在所述的 研究 本周在科学国家科学院院刊,距离LANP的最新创新,通过光子学的先驱领导的多学科,多调查研究小组 内奥米·哈拉斯。哈拉斯,谁也指示赖斯 斯莫利卷曲研究所说,近年来许多研究表明,光活化的“等离子体激元”纳米颗粒可用于增加光通过相邻的暗纳米粒子吸收量。等离子体振子是晃动等跨微小的金属纳米颗粒的表面的流体的电子波。取决于它们的晃动的频率,这些等离子体激元波可与之交互并从通过的光收获的能量。

戴恩swearer

戴恩swearer

夏天到2015年,哈拉斯和研究的共同作者 彼得nordlander 设计了一个实验,以测试一个等离激元天线是否可以连接到催化反应器的颗粒。研究生 戴恩swearer 与他们合作,水稻材料科学家 埃米莉RINGE 和其他人在水稻和普林斯顿大学,以产生,测试和分析“天线反应器”设计的性能。

swearer开始通过合成纳米直径100铝结晶,一旦暴露在空气中,开发氧化铝的薄2-4纳米厚的涂层。该氧化的颗粒,然后用钯盐处理,以发起导致形成被氧化的颗粒的表面上的钯金属的小岛的反应。未氧化的铝芯用作等离子体激元天线和钯岛屿作为催化反应器。

swearer所述化学工业已经使用了点缀着钯岛屿催化反应的氧化铝的材料,但在这些材料中的钯必须被加热到高温,以成为一种有效的催化剂。

antenna-reactor catalyst composite

的合成图像示出了天线 - 反应器的催化剂颗粒的扫描透射电子显微镜图(左上)与描绘围绕钯岛屿个体等离子模式的空间分布电子能量损失谱地图一起。这些等离子体激元模式是负责捕获光能并将其转移到催化剂颗粒。 (d的图像提供。swearer / Rice大学)

“你需要补充能量,提高催化效率,”他说。 “我们的催化剂也需要能量,但他们直接从光画出来,不需要额外的加热。”

其中可以使用新的天线反应器的催化剂的过程的一个例子是用于与乙炔氢气生产乙烯的反应,所述swearer。

乙烯是生产聚乙烯,是世界上最常见的塑料,它在成千上万的日常用品所使用的化学原料。乙炔,这是通常用在以聚乙烯工厂中使用的气体原料中发现的烃,损害催化剂,生产商使用转换乙烯聚乙烯。因为这个原因,乙炔被认为是“催化剂毒物”,必须从乙烯原料中除去 - 经常与另一种催化剂 - 其可造成损害之前。

单程生产者删除乙炔是添加氢气在钯催化剂的存在下对有毒乙炔转化成乙烯 - 使聚乙烯树脂所需的主要部件。但这种催化方法还产生另一种气体,乙烷,除了乙烯。化学品生产商试图裁缝工艺生产出尽可能多的乙烯和尽可能少的乙烷可能的,但选择性仍然是一个挑战,swearer说。

作为证明的概念为新的天线反应器催化剂,swearer,在LANP进行乙炔转化试验,发现光驱动天线反应器催化剂生产乙烯的40:1的比乙烷Halas的和同事在选择性的显著改善了热催化。

swearer说,节能潜力和改进的新催化剂的效率有可能捕捉到化学品生产商的注意,尽管他们的工厂目前没有设计使用太阳能的催化剂。

“聚乙烯工业生产十亿每年超过$ 90的产品,而我们的催化剂把行业的毒药之一为有价值的商品,”他说。

哈拉斯说,她是最兴奋的天线催化反应器技术的广泛潜力。

“天线-反应器设计是模块化的,这意味着我们可以混合和匹配为所述天线和所述反应器以产生用于特定反应的修整催化剂两种材料,”她说。 “因为这种灵活性,也有我们相信,这项技术可以超越现有的催化剂很多,很多应用。”

额外的合着者包括吭气赵,周临安,张超,侯赛因robatjazi,亚兹迪萨德克和迈克尔·麦克莱恩,所有的大米,和埃米莉·卡特,约翰·马克martirez和Caroline krauter,所有的普林斯顿。这项研究是由科研,韦尔奇基金会,美国国家科学基金会和德意志学术交流中心的空军办公室的支持。

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高分辨率图像是可供下载:

//www.ilclawfirm.com/files/2016/07/0718-catalyst-bw-lg-2ijbiek.jpg
字幕:稻大学的天线反应器等离激元的催化剂结合捕光纳米材料与高效率的金属催化剂。在这个图像中,活性钯“岛”点的底层铝晶体,其用作光子天线捕获的光的氧化铝表面,并激活催化岛屿。 (d的图像提供。swearer / Rice大学)

//www.ilclawfirm.com/files/2016/07/0718-catalyst-clr-lg-1vf8x3k.jpg
字幕:合成图像示出了天线 - 反应器的催化剂颗粒的扫描透射电子显微镜图(左上)与描绘围绕钯岛屿个体等离子模式的空间分布电子能量损失谱地图一起。这些等离子体激元模式是负责捕获光能并将其转移到催化剂颗粒。 (d的图像提供。swearer / Rice大学)

//www.ilclawfirm.com/files/2016/07/0718-catalyst-swearer-lg-qivwdc.jpg
字幕:戴恩swearer(照片由Jeff fitlow / Rice大学)

PNAS的文章的DOI是:
10.1073 / pnas.1609769113

论文的副本,请访问:
//www.pnas.org/cgi/doi/10.1073 / pnas.1609769113

从大米相关的光子的研究:

大米专家揭开亚微观可调的,光放大器 - 5月9日,2016
//www.ilclawfirm.com/2016/05/09/rice-experts-unveil-submicroscopic-tunable-optical-amplifier/

纳米吊桥开放路径彩色显示器 - 十进制4,2015年
//www.ilclawfirm.com/2015/12/04/nanoscale-drawbridges-open-path-to-color-displays/

大米,亚利桑那州立大学,耶鲁大学,UTEP赢NSF工程研究中心 - 译者: 10,2015年
//www.ilclawfirm.com/2015/08/10/rice-asu-yale-utep-win-nsf-engineering-research-center/

大米发现可能导致廉价,高效的基于金属的太阳能电池 - 2015年7月22日
//www.ilclawfirm.com/2015/07/22/rice-finding-could-lead-to-cheap-efficient-metal-based-solar-cells/

水稻研究人员让超灵敏的电导率测量 - 2015年6月10日
//www.ilclawfirm.com/2015/06/10/rice-researchers-make-ultrasensitive-conductivity-measurements-2/

水稻科学家使用光来探测在金纳米盘声学调谐 - 5月7日,2015年
//www.ilclawfirm.com/2015/05/07/rice-scientists-use-light-to-probe-acoustic-tuning-in-gold-nanodisks/

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关于玉博伊德

玉博伊德是科学编辑和公共事务的莱斯大学的办公室新闻和媒体关系的副主任。