Среди нескольких применений металлических наночастиц (NPs), катализ заслуживает особого внимания. Катализ играет центральную роль в устойчивом будущем, способствуя меньшему потреблению энергии, лучшему использованию сырья и обеспечивая более чистыеусловия реакции 1,2,3,4. Таким образом, прогресс в катализе может стать инструментом повышения атомной эффективности химических процессов, делая их более чистыми, экономически жизнеспособными и более экологически чистыми. Металлические NPs, охватывающие серебро (Ag), золото (Au) или медь (Cu) может отображать интересные оптические свойства в видимомдиапазоне,которые возникают из уникального способа эти системы взаимодействуют со светом на наноуровне через локализованную поверхность плазмон резонанса (LSPR) возбуждение5,6,7,8. В этих NPs, именуемых плазмонными NPs, LSPR включает в себя резонансное взаимодействие между фотонами инцидента (от входящей электромагнитной волны) с коллективнымдвижением электронов 5,6,7,8. Это явление происходит на характерной частоте, которая зависит от размера, формы, состава и диэлектрическойконстанты окружающей среды 9,10,11. Например, для Ag, Au и Cu, эти частоты могут варьироваться от видимых до почти ИК, открывая возможности для использования солнечной энергии, чтобы возбудить их LSPR5,6,7,8,12,13.
Недавно было продемонстрировано, что возбуждение LSPR в плазмонные NPs может способствовать ускорению темпов и контролировать избирательность молекулярныхпреобразований 5,14,15,16,17,18,19. Это породило поле под названием плазмонический катализ, которые сосредоточены на использовании энергии от света до ускорения, привода и/иликонтроля химических преобразований 5,14,15,16,17,18,19. В этом контексте было установлено, что возбуждение LSPR в плазмонные NPs может привести к образованию энергетических горячих электронов и отверстий, называемых LSPR возбужденных горячих носителей. Эти носители могут взаимодействовать с адсорбированными видами с помощью электронной иливибрационной активации 15,16. В дополнение к увеличению темпов реакции, этот процесс может также обеспечить альтернативные пути реакции, недоступные через традиционные термохимически управляемые процессы, открывая новые пути для контроля заизбирательностью реакции 20,21,22,23,24,25. Важно отметить, что распад плазмона может также привести к тепловому рассеиванию, что приводит к повышению температуры в непосредственной близости от NPs, которые также могут способствовать ускорениюскорости реакции 15,16.
Благодаря этим интересным особенностям, плазмонический катализ был успешно использован в направлении различных молекулярных преобразований18. Тем не менее остается важной задачей. В то время как плазмонные NPs, такие как Ag и Au, отображают отличные оптические свойства в видимом и почти ИК диапазоне, их каталитические свойства ограничены с точки зрения масштабов преобразований. Другими словами, они не отображают хорошие каталитические свойства для нескольких преобразований. Кроме того, металлы, которые имеют важное значение в катализе, такие как палладий (Pd) и платина (Pt), не поддерживают возбуждение LSPR в видимом или почти ИК-диапазонах. Чтобы преодолеть этот разрыв, биметаллические NPs, содержащие плазмонный и каталитический металл представляетсобой эффективную стратегию 20,26,27,28,29. В этих системах плазмонный металл может быть использован в качестве антенны для сбора энергии из светового возбуждения через LSPR, который затем используется для привода, ускорения и контроля молекулярных преобразований в каталитическом металле. Таким образом, эта стратегия позволяет нам расширить плазмонический катализ за рамки традиционных плазмонических металлических NPs20,26,27,28,29.
Этот протокол описывает поверхностный синтез биметаллического серебра палладия (Ag-Pd) сплавленных NPs поддерживается наЗРО 2 (Ag-Pd /ЗРО 2), которые могут выступать в качестве плазмонной-каталитической системы для плазмонной катализа. NPs Ag-Pd/zrO2 были подготовлены путем совместного пропитки соответствующих металлических прекурсоров наподдержке ЗРО 2 с последующим одновременнымсокращением 30. Такой подход привел к образованию биметаллических NPs размером около 10 нм (диаметр) непосредственно на поверхности опорыЗРО 2. NPs были составлены 1 mol% Pd для того чтобы уменьшить использование каталитного металла пока максимизируя оптически свойства приводящ к NPs Ag-Pd. Для уменьшения нитробензена был продемонстрирован протоколприменения NPs Ag-Pd/zrO 2 в плазмонной катализе. Мы использовали 425 нм светодиодного освещения для возбуждения LSPR. Газовая хроматография проводилась для мониторинга конверсии и селективности реакции снижения в условиях темного и светлого облучения. Возбуждение LSPR привело к повышению каталитической производительности и контролю над избирательностью в NPs Ag-Pd/zrO2 по отношению к чисто термическим условиям. Метод, описанный в этом протоколе, основан на простой установке фотокаталитической реакции в сочетании с газовой хроматографией и может быть адаптирован к широкому спектру молекулярных преобразований и композиций NPs. Таким образом, этот метод позволяет характеристика фотокаталитической активности, с точки зрения конверсии и селективности реакции, различных NPs и для множества жидкой фазы преобразований. Мы считаем, что эта статья будет предоставлять важные руководящие принципы и идеи для новичков и более опытных ученых в этой области.