ドイツの研究チームは、優れた触媒特性を持つ二元金属二次元超結晶を開発しました。この超結晶はギ酸を分解して水素を生成するのに利用でき、記録的な成果を上げています。
ドイツのミュンヘン・ルートヴィヒ・マクシミリアン大学（LMU Munich）が率いる科学者らは、プラズマ二金属二次元超結晶に基づく水素製造用の光触媒技術を開発した。
研究者らは、個々の金ナノ粒子（AuNP）と白金ナノ粒子（PtNP）を組み合わせることでプラズモニック構造を組み立てた。
研究者のエミリアーノ・コルテス氏は次のように述べている。「金ナノ粒子の配置は、入射光を集中させ、金粒子間に形成されるホットスポットと呼ばれる強力な局所電界を生成するのに非常に効果的です。」
提案されたシステム構成では、可視光が金属中の電子と非常に強く相互作用し、共鳴振動を引き起こします。その結果、電子はナノ粒子の片側から反対側へと集団的に高速移動します。これにより、専門家が双極子モーメントと呼ぶ微小な磁石が生成されます。
これは電荷の大きさと正負の電荷の中心間の距離の積です。この変化により、ナノ粒子はより多くの太陽光を捕らえ、非常にエネルギーの高い電子に変換します。そして、化学反応の制御に役立ちます。
学術界は、プラズモニック二金属 2D 超結晶のギ酸分解の有効性をテストしました。
「金はプラチナよりも反応性が低く、カーボンニュートラルな水素キャリアであるため、プローブ反応が選択された」と研究者らは述べた。
「実験的に得られた光照射下での白金の性能向上は、入射光と金アレイの相互作用により、電圧下で白金が形成されることを示唆しています」と研究者らは述べています。「実際、ギ酸を水素キャリアとして用いた場合、AuPt超結晶は最高のプラズマ性能を示すようです。」
この結晶は、触媒1グラムあたり1時間あたり139mmolの水素生成速度を示した。研究チームによると、これはこの光触媒材料が可視光と太陽光の影響下でギ酸を脱水素化して水素を生成する世界記録を保持していることを意味する。
科学者たちは、Nature Catalice誌に最近掲載された論文「水素生成のためのプラズモニック二金属2D超結晶」の中で、新たな解決策を提案している。チームには、ベルリン自由大学、ハンブルク大学、ポツダム大学の研究者が参加している。
「プラズモンと触媒金属を組み合わせることで、産業用途向けの強力な光触媒の開発を進めています。これは太陽光を利用する新しい方法であり、二酸化炭素を有用な物質に変換するなど、他の反応にも応用できる可能性を秘めています」とコール・テス氏は述べています。
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