Fotokataliz için Plazmonik Platform, Spektroskopi
Araştırmacılar, alüminyum nano-kristaller kullanarak multifonksiyonel(çok yönlü) nano-ölçekte yapıları bir araya getirmenin bir yolunu geliştirdiler. Yapıların bir alüminyum çekirdeği bulunmakta ve bu yapılar daha küçük metalik adalarla noktalanmıştır.
Nano-kristaller, bölgesel yüzey plazmon rezonanslarına olanak sağlayan boyut ayarlanabilir geçiş metali nanopartikül adaları oluşturmak için temel olarak kullanılmaktadır. Araştırmacılara göre, alüminyum etkili bir plazmonik malzemedir ve periyodik tablonun üçüncü sütunundan küçük katalitik parçacıkların eklenmesi, yapının fotonik enerji ile yürütülen kimyasal reaksiyonları gerçekleştirme yeteneğini artırabilmektedir.
Araştırmacılar, çeşitli geçiş metallerinin (Yandaki şekilde paladyum ve rutenyum örneklerinde gösterildiği gibi) ‘adalar’ ile donatılmış alüminyum nano-yapılarını sentezleyip, karakterize ettiler. Çok yönlü plazmonik, tek malzemeli nano-yapılarda özelleştirilebilir yüzey kimyası ve reaktiflik sağlamaktadır. (Cambridge Üniversitesi’nden Rowan Leary’nin izniyle)
İki basamaklı bir yöntemde, Rice Üniversitesi araştırmacıları ilk olarak 50 ve 150 nm genişlik aralığındaki saflaştırılmış alüminyum parçacıklarını bir alüminyum başlangıç maddesine indirgemişler. Daha sonra araştırmacılar parçacıkları etilen glikolde bekletip, bir metal tuz başlangıç maddesi ilave edilmiş ve sonuçta çekirdekli olan ve orijinal alüminyum nano-kristallerinin yüzeyinde bulunan nano-adalara dönüşen tuzları indirgemek için çözeltiyi kaynatmışlar. Araştırmacılar, 2-4 nm doğal alüminyum oksit tabakasının alüminyum nano-kristal ve katalitik nano-adaları birbirinden ayırdığını bulmuşlar.
Araştırmacı Dayne Swearer ‘Alüminyum oksidin bir ince tabakası iki malzemeyi birbirinden ayırdığı için, gelecekteki uygulamalarda ihtiyaçlarımıza uygun özelliklerini bağımsızca ayarlayabiliyoruz’ dedi.
Cambridge Üniversitesi’ndeki bilim adamları ile işbirliği içindeki Rice ekibi tek bir alüminyum nanokristali üzerinde bulunan 500’den fazla özgün rutenyum nano-adaların boyut ve yerini belirlemek için elektron tomografisi kullandı.
Taramalı transmisyon elektron mikroskobu ve elektron tomografisi kullanılarak yapılan yüksek çözünürlüklü ve üç boyutlu yapısal analiz, birçok ada komşularıyla yakın mesafedeyken, birkaç nm boyut aralığında bol sayıda nano-parçacık adasının olabileceğini gösterdi.
Rutenyumun nano-adaları bir alüminyum nano-parçacığına yapışırlar (Sadegh Yazdi’ nin İzniyle/Rice Üniversitesi).
Ekip, alüminyum nano-kristalleri demir, kobalt, nikel, rutenyum, rodyum, platin, paladyum ve iridyum ile donatmak için kendi tekniklerini kullandı. Adalar, 2 nm genişliğinde ve 15 nm kadar küçüktü.
Araştırmacı Emilie Ringe, çift alüminyum ve plazmonik adaları birleştiren özel tasarlanmış cihazların, aranan reaksiyonları başlatabilmeyi daha kolay hale getirebileceğini söyledi.
Swearer’ e göre, ışığın absorbe edilme miktarı küçük boyutlu adalarda büyük nano-parçacıklardan daha fazladır. Küçük boyutlu adalarda ayrıca sıcak elektron üretilmesi ve onların kataliz için hedef moleküllere enjekte edilmesinin de daha kolay gerçekleşeceğini belirtti.
Swearer ‘Sentez, periyodik tablodan metallerin ve yarı iletkenlerin daha ayrıntılı bileşimlerini yapmak için kullanılabilir.’ dedi. ‘Her yeni malzeme bileşimi, birkaç uygulama için araştırılacak potansiyele sahiptir.’
Araştırmacılar, genel poliol tekniğinin, birden fazla malzemeyi basit ve kontrol edilebilir bir süreçte birleştirmek için kullanılabileceğine inanmaktadırlar.
Teknik, fotokataliz, yüzey güçlendirilmiş spektroskopi ve kuantum plazmonikler için faydalı olabilir (ışığın kuantum özelliklerinin incelenmesi ve nano-parçacıklarla etkileşime nasıl girdiğinin incelenmesi).
Kaynak : photonics.com
