O grupo do Prof. Polshettiwar no Instituto Tata de Pesquisa Fundamental (TIFR), Mumbai, desenvolveu um novo "catalisador de redução plasmônica estável no ar", desafiando a instabilidade comum dos catalisadores de redução na presença de ar. O catalisador funde aglomerados de rutênio dopados com platina, com “ouro negro plasmônico”. Este ouro negro capta eficientemente a luz visível e gera numerosos pontos quentes devido ao acoplamento plasmônico, melhorando seu desempenho catalítico.



A equipe descreve seu trabalho em um artigo publicado na revista Nature Communications .

O que diferencia este catalisador é o seu notável desempenho na semi-hidrogenação do acetileno, um importante processo industrial. Na presença de excesso de eteno, e usando apenas iluminação com luz visível sem qualquer aquecimento externo, o catalisador atingiu uma taxa de produção de eteno de 320 mmol g ⁻¹ h ⁻¹ com cerca de 90% de seletividade. Esta eficiência supera todos os catalisadores térmicos plasmônicos e tradicionais conhecidos.

Surpreendentemente, este catalisador apresenta o seu melhor desempenho apenas quando o ar é introduzido juntamente com os reagentes. Este requisito único leva a uma estabilidade sem precedentes durante pelo menos 100 horas. Os pesquisadores atribuem isso aos processos simultâneos de redução e oxidação mediados por plasmons nos sítios ativos durante a reação.

Aprimorando ainda mais nossa compreensão deste catalisador, simulações no domínio do tempo de diferenças finitas (FDTD) revelaram um aumento de cinco vezes no campo elétrico em comparação com o DPC original. Este aprimoramento de campo, devido ao acoplamento de campo próximo entre as nanopartículas de RuPt e o DPC, desempenha um papel crucial na ativação de ligações químicas. A eficácia do catalisador também é evidente no seu efeito isotópico cinético (KIE), que é maior sob luz do que no escuro em todas as temperaturas.

Isto indica o papel significativo dos efeitos não térmicos juntamente com a ativação fototérmica dos reagentes. Estudos aprofundados de DRIFTS e DFT in-situ forneceram insights sobre o mecanismo de reação sobre a superfície do óxido, destacando particularmente o papel dos intermediários na seletividade. A superfície do catalisador RuPt parcialmente oxidada gera acetileno com ligação di-σ, que então se transforma através de várias etapas para produzir eteno.

Esta pesquisa marca o primeiro relatório de um catalisador altamente eficiente, estabilizado ao ar e ativado plasmonicamente para semi-hidrogenação de acetileno, com aplicações potenciais em uma variedade de outras reações de redução. As descobertas oferecem contribuições significativas para a compreensão da catálise plasmônica e abrem caminho para o desenvolvimento de sistemas catalíticos sustentáveis ​​e energeticamente eficientes.

Mais informações: Gunjan Sharma et al, nanopartículas de Ru dopadas com Pt carregadas em nanorreatores plasmônicos de 'ouro negro' como catalisadores de redução estáveis ​​ao ar, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-44954-4
Informações do diário: Comunicações da Natureza

Fornecido pelo Instituto Tata de Pesquisa Fundamental