Löydöksen perusteella havaittiin, että hopeaa (Ag) ja palladiumia (Pd) sisältävien nanohiukkasten koostumusta muokkaamalla voidaan hyödyntää valosäteilyä kestävänä energianlähteenä paitsi molekyylitason muutosten kiihdyttämiseen myös reaktioiden valikoivuuden hallintaan. Fenyyliasetyleenin vedytystä mallimuutoksena hyödyntämällä tutkijat osoittivat, että näkyvän valon säteilyllä voidaan ohjata reaktioreittiä vedytyksestä homogeeniseen kytkentään, mikä muuttaa näkyvän valon avulla ja ilman valoa tuotettavien tuotteiden luonnetta. Tulokset on julkaistu Angewandte Chemie -tiedelehdessä.
– Tämä on jännittävä löytö, sanoo tutkimusta johtanut professori Pedro Camargo Helsingin yliopistosta.
– Reaktioiden valikoivuuden hallinta näkyvän valon avulla plasmonisessa katalyysissa voi edistää entistä kestävämpien ja tehokkaampien kemiallisten prosessien käyttöönottoa.
Kemiallisten reaktioiden kiihdyttäminen näkyvällä valolla plasmonisessa katalyysissa tarjoaa ainutlaatuisia mahdollisuuksia toteuttaa huomattavasti miedompia reaktio-olosuhteita verrattuna reaktioihin, joihin on perinteisesti kohdistettu vaikkapa ulkoista lämpöä ja painetta.
Nanokatalyysin reaktioiden valikoivuus on edelleen haastavaa
Plasmonisessa katalyysissa kemiallisia reaktioita tehostetaan metallinanohiukkasten elektronien kollektiivisella värähtelyllä. Menetelmää on tutkittu laajalti, koska se voi vähentää kemiallisten reaktioiden ohjaamiseen tarvittavan energian määrää ja lisätä reaktionopeutta.
Katalyysillä on keskeinen yhteiskunnallinen rooli. Sillä tarkoitettaan molekyylitason muutosten kiihdyttämistä reaktiossa käytettävällä katalyytilla, joka mahdollistaa nopeammat kemialliset reaktiot, mutta jota reaktio itsessään ei kuluta. Nanohiukkasten käyttö katalyytteina (nanokatalyysi) vaikuttaa monenlaisten tuotteiden tuotantoon polttoaineista kemikaaleihin ja lääkkeisiin. Tässä yhteydessä entistä tehokkaampi katalyysiprosessi voi vähentää ympäristövaikutuksia ja parantaa välttämättömien tuotteiden saatavuutta kaikkialla maailmassa.
Nanokatalyysissa tapahtuvien reaktioiden valikoivuuden hallinta on ratkaisevan tärkeää, sillä monissa tapauksissa reaktion lopputuloksena voi syntyä useita tuotteita, joista osa voi olla epäsuotavia tai vähemmän arvokkaita. Reaktioiden valikoivuutta hallitsemalla voidaan tuottaa tarkkaan valittuja tuotteita, mikä tehostaa prosesseja, myös kustannusten osalta. Samalla vältetään ylimääräiset puhdistusvaiheet ja vähennetään jätteen määrää. Valikoivuuden hallinta siis säästää aikaa, resursseja ja energiaa. Houkuttelevista ominaisuuksistaan huolimatta nanokatalyysin reaktioiden valikoivuuden hallinta on edelleen haastavaa.
Referenssi:
Erandi Peiris, Sébastien Hanauer, Tien Le, Jiale Wang, Taha Salavati-fard, Paul Brasseur, Eric V. Formo, Bin Wang, Pedro H. C. Camargo: Controlling Selectivity in Plasmonic Catalysis: Switching Reaction Pathway from Hydrogenation to Homocoupling Under Visible-Light Irradiation. Angewandte Chemie Int. Ed 23 November 2022 https://doi.org/10.1002/anie.202216398
Tutkimusryhmä:
Nanomaterials for plasmonics and nanocatalysis
@CamargoLab
Tutkimusta ovat rahoittaneet Jane ja Aatos Erkon säätiö, Helsingin yliopisto ja Suomen Akatemia.