p Desde a conversão de gases de escape de veículos em gases menos prejudiciais ao refino de petróleo, a maioria das aplicações químicas comerciais requer nanocatalisadores, pois eles podem reduzir o tempo e os custos necessários, controlando a taxa de reações químicas. A atividade catalítica e seletividade dependem em grande parte de suas propriedades físicas (tamanho, forma, e composição), bem como as características eletrônicas; a dinâmica dos elétrons quentes (de alta energia) na superfície e na interface dos catalisadores. Embora a indústria de catalisadores esteja crescendo constantemente, é um desafio permitir correntes elétricas para nanocatalisadores a fim de detectar elétrons quentes e medir a eficiência catalítica. p Em um novo estudo, a equipe do Instituto de Ciências Básicas (IBS) trabalhando sob o líder do grupo do Centro, Professor PARK Jeong Young, criou um nanodiodo catalítico composto por uma única camada de grafeno e filme de titânio (TiO2) que possibilitou a detecção de elétrons quentes em nanopartículas de platina (Pt NPs). Esta pesquisa inovadora desenvolveu um nanodiodo catalítico que permitiu à equipe observar em tempo real o fluxo de elétrons quentes gerados por reações químicas. Uma vez que os elétrons quentes são criados quando o excesso de energia da superfície de uma reação química pode se dissipar em femtossegundo, são considerados um indicador da atividade catalítica. Contudo, a rápida termalização de elétrons quentes torna a detecção direta de elétrons quentes bastante difícil para esclarecer o efeito eletrônico sobre a atividade catalítica em nanopartículas metálicas. Neste estudo, os pesquisadores extraíram 'portadores quentes' de um catalisador de metal usando uma junção de grafeno-semicondutor.

p Uma nova abordagem

p Os experimentos da equipe científica diferiram das tentativas anteriores, onde ouro foi usado, o que provou ser ineficiente, instável e caro. A equipe do Centro de Nanomateriais e Reações Químicas fez experimentos em uma única camada de grafeno, crescido em um filme de cobre antes de ser transportado para TiO2, onde Pt NPs foram posteriormente depositados. Grafeno, o material maravilhoso em 2D, foi usado por causa de suas propriedades eletrônicas e químicas exclusivas. Quando integrado com NPs de metal, melhorias tremendas no desempenho de condutividade entre o material de suporte e os NPs de platina foram observadas pela equipe. A atividade catalítica e a quantidade de elétrons quentes foram medidas; os resultados mostraram que a atividade catalítica e a geração de elétrons quentes estão bem combinadas e o mecanismo de reação pode ser estudado com a dinâmica de elétrons quentes. "Nanoestruturas à base de grafeno, como os nossos, são detectores promissores para o estudo da dinâmica do elétron quente em NPs metálicos durante o curso de reações catalíticas ”, confirmou o artigo da equipe.

p O trabalho da equipe, de acordo com o artigo deles, destaca que a resistência de contato reduzida na interface Pt NPs / grafeno é a principal característica que leva à detecção eficiente de elétrons quentes nos nanocatalisadores no nanodiodo catalítico à base de grafeno. Ao utilizar uma única camada de grafeno para a conexão elétrica dos Pt NPs, permitiu uma observação mais fácil de elétrons quentes devido à natureza atomicamente fina do grafeno e à altura reduzida da barreira de potencial existente na interface Pt NPs / grafeno. A pesquisa realizada no IBS pode, potencialmente, ajudar a projetar materiais catalíticos e de energia com desempenho aprimorado e custos mais baixos. Primeiro autor e Ph.D. o estudante Hyosun LEE declarou:"Embora ainda haja potencial para melhorar a qualidade da própria camada de grafeno e seu contato com o TiO2, a abordagem apresentada aqui oferece uma nova maneira de estudar os papéis do grafeno durante a catálise heterogênea. "