Forschern der Universität Helsinki ist ein Durchbruch bei nachhaltigen molekularen Transformationen gelungen. Unter der Leitung von Professor Pedro Camargo hat das Team eine wichtige Methode entwickelt, um die Kraft des sichtbaren Lichts zu nutzen, um chemische Prozesse effizienter voranzutreiben und so eine umweltfreundlichere Alternative zu herkömmlichen Methoden zu bieten.
Ihre Erkenntnisse, in der Zeitschrift veröffentlicht ACS Angewandte Materialien und Schnittstellenkönnte die Art und Weise revolutionieren, wie wir wichtige Chemikalien und Kraftstoffe herstellen.
Überwindung von Kosten- und Effizienzbarrieren
Die traditionelle plasmonische Photokatalyse wurde lange Zeit durch die hohen Kosten und Skalierbarkeitsprobleme im Zusammenhang mit Materialien wie Silber (Ag) und Gold (Au) behindert. Professor Pedro Camargo und sein Team haben diese Hindernisse jedoch überwunden, indem sie sich auf Materialien konzentrierten, die auf der Erde in erheblichen Mengen leicht verfügbar sind.
Diese Materialien sind wichtig, weil sie in verschiedenen Anwendungen eingesetzt werden können, ohne dass man sich Gedanken über Knappheit oder Erschöpfung machen muss. Das Team konzentrierte sich insbesondere auf HxMoO3 als plasmonischen Photokatalysator, der mit Palladium (Pd) kombiniert wurde, einem wichtigen Katalysator, der in verschiedenen Branchen weit verbreitet ist. Ihr Ansatz beinhaltet eine lösungsmittelfreie mechanochemische Synthesetechnik, die sowohl Kosteneffizienz als auch Umweltverträglichkeit bietet.
Die Kraft des Lichts
Die Forscher untersuchten das komplexe Zusammenspiel optischer Anregungen und entdeckten, dass sie die Leistung ihres Katalysators erheblich steigern konnten, indem sie bestimmte Wellenlängen sichtbaren Lichts auf ihn strahlen ließen. Am bemerkenswertesten ist, dass die gleichzeitige Verwendung von zwei Lichtwellenlängen zu einer Steigerung der Reaktionseffizienz um 110 % führte. Diese gesteigerte Effizienz wird auf die optimierte Erzeugung energiereicher Elektronen an den katalytischen Stellen zurückgeführt, ein entscheidender Fortschritt in der nachhaltigen Katalyse.
Sie identifizierten die synergistischen Effekte der Anregung der HxMoO3-Bandlücke, der Pd-Interbandübergänge und der Anregung der lokalisierten Oberflächenplasmonresonanz (LSPR) durch HxMoO3, was zu bemerkenswerten Verbesserungen der katalytischen Leistung führte.
Eine grünere Zukunft für die chemische Industrie
„Unsere Arbeit stellt einen großen Fortschritt dar, chemische Prozesse nachhaltiger zu gestalten“, sagt Professor Camargo. „Durch die Nutzung von Licht als Energiequelle könnten wir möglicherweise die Herstellung lebenswichtiger Chemikalien revolutionieren und so den Bedarf an fossilen Brennstoffen und die rauen Bedingungen in aktuellen Industrieprozessen reduzieren.“
Diese Forschung birgt ein enormes Potenzial für Anwendungen, die von der saubereren Kraftstoffproduktion bis zur Herstellung wichtiger Materialien mit geringerer Umweltbelastung reichen.
Die Implikationen dieser Forschung gehen weit über das Labor hinaus und geben Hoffnung auf eine grünere, nachhaltigere Zukunft, während die Gesellschaft sich um die Bekämpfung des Klimawandels und den Übergang zu erneuerbaren Energiequellen bemüht.
Mehr Informationen:
Leticia S. Bezerra et al., Dreifaches Spiel von Bandlücken-, Interband- und plasmonischen Anregungen für eine verbesserte katalytische Aktivität in Pd/HxMoO3-Nanopartikeln im sichtbaren Bereich, ACS Angewandte Materialien und Schnittstellen (2024). DOI: 10.1021/acsami.3c17101