ドイツの研究チームが、優れた触媒特性を持つ二金属二次元超結晶を開発した。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る。
ドイツのミュンヘン大学（LMUミュンヘン）を中心とする科学者チームが、プラズマ二金属二次元超結晶をベースとした水素製造のため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、プラズモン構造を構築した。
研究者のエミリアーノ・コルテス氏は、「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強い局所電場、いわゆるホットスポットを生成するのに非常に効果的です」と述べています。
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、電子を共鳴振動させ、その結果、電子がナノ粒子の片側からもう片側へと急速に集団的に移動します。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、電荷の大きさと正電荷と負電荷の中心間の距離の積です。このとき、ナノ粒子はより多くの太陽光を吸収し、それを非常に高エネルギーの電子に変換します。そして、化学反応の制御に役立ちます。
学術界は、プラズモン性二金属2次元超結晶がギ酸を分解するのに有効であることを検証してきた。
「金は白金よりも反応性が低く、炭素中立な水素キャリアであるため、このプローブ反応が選ばれた」と彼らは述べた。
「光照射下での白金の性能向上実験結果は、入射光と金アレイとの相互作用によって電圧下で白金が形成されることを示唆している」と彼らは述べた。「実際、ギ酸を水素キャリアとして使用すると、AuPt超結晶が最高のプラズマ性能を示すようだ。」
この結晶は、触媒1グラムあたり1時間で139ミリモルの水素生成速度を示した。研究チームによると、これは可視光と太陽光の影響下でギ酸を脱水素化することにより水素を生成する光触媒材料が、世界記録を保持していることを意味する。
科学者たちは、学術誌「Nature Catalice」に最近掲載された論文「水素生成のためのプラズモン二金属2次元超結晶」の中で、新たな解決策を提案している。この研究チームには、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らが参加している。
「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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