Dr. Ye-Chuang Han und Prof. Zhong-Qun Tian erkannten die ultraschnelle Laser-in-Wärme-Umwandlungskapazität und die undurchlässigen, flexiblen Eigenschaften von Graphen und kamen auf die Idee, das Material als diffusionsbeschränkten Nanoreaktor für Hochtemperaturreaktionen zu verwenden.
Sie stellten fest, dass der bestrahlte Bereich des Graphens in einem Nanosekunden-Laserbestrahlungsimpuls eine überraschend hohe Heiz-/Kühlrate von 109 °C/s erreicht, und nannten die Heizmethode „Graphene-Confined Ultrafast Radiant Heating“ (GCURH). Darüber hinaus führten sie in Zusammenarbeit mit Dr. Jun Yi (Co-Erstautor) und Prof. Kostya S. Novoselov die theoretischen Berechnungen durch und fanden heraus, dass ein solcher ultraschneller Abkühlungsprozess mit dem Stefan-Boltzmann-Gesetz übereinstimmt und Strahlung zum primären Faktor wurde Art der Energiefreisetzung bei erhöhten Temperaturen.
Angesichts der Tatsache, dass thermisch aktivierte ultraschnelle Diffusion, Kollision und Kombination von Metallatomen grundlegende Prozesse für die Synthese aufkeimender Subnanometer-Metallcluster sind und keine Methode die kinetisch kontrollierbare Synthese von Subnanometer-Metallclustern ermöglicht hat, ohne die Metallbeladung zu beeinträchtigen.
Dr. Ye-Chuang Han und Dr. Beibei Pang (Co-Erstautor, Universität für Wissenschaft und Technologie von China) zeigten, dass die kinetikgesteuerte GCURH-Methode in der Lage ist, Subnanometer-Co-Cluster-Katalysatoren mit einer hohen Metallbeladung von bis zu 27,1 Gew.-% zu synthetisieren Pyrolyse eines Co-basierten metallorganischen Gerüsts in Mikrosekunden, was eine der höchsten Größenbeladungskombinationen und die schnellste MOF-Pyrolyserate in der berichteten Literatur darstellt.
Insgesamt bietet diese Arbeit eine allgemeine Strategie zur Überwindung des Kompromisses zwischen ultrakleiner Größe und hoher Beladung bei Metallclusterkatalysatoren und ist vielversprechend für die bevorstehenden industriellen Anwendungen von Clusterkatalysatoren.
Die Arbeit wird in der Zeitschrift veröffentlicht National Science Review.
Mehr Informationen:
Ye-Chuang Han et al., Graphen-beschränkte ultraschnelle Strahlungsheizung für hochbeladene Subnanometer-Metallclusterkatalysatoren, National Science Review (2023). DOI: 10.1093/nsr/nwad081