鋁章魚上的尖頭尖端可提高催化反應性

在設計使用光的動力來驅動重要化學反應的納米粒子時，點很重要。賴斯大學納米光子學實驗室(LANP)的研究人員早就知道，納米顆粒的形狀會影響其與光的相互作用，而他們的最新研究表明，形狀如何影響顆粒利用光催化重要化學反應的能力。

在一項對比研究中，LANP研究生Lin Yuan和Lou Minhan及其同事研究了具有相同光學性質但不同形狀的鋁納米粒子。最圓的有14個邊和24個鈍點。另一個是立方體形的，有六個側面和八個90度角。第三個被團隊稱為“章魚”，也有六個側面，但是八個角中的每一個都以尖尖結束。

這三個品種都具有從光中捕獲能量并以超能熱電子形式周期性釋放能量的能力，可以加速催化反應。LANP主任Naomi Halas研究小組的化學家Yuan進行了實驗，以查看每種顆粒作為氫離解反應的光催化劑的性能如何。測試表明，章魚的反應速率比14面納米晶體高10倍，比納米立方體高5倍。八足動物的表觀活化能也較低，比納米立方體低約45%，比納米晶體低49%。

該研究的共同主要作者袁說：“實驗證明，轉角越尖銳，效率越高。”該研究發表在《美國化學學會》雜志ACS Nano上。“對于八足動物，角的角度約為60度，而立方體的角為90度，納米晶體上的圓點更多。因此，角度越小，反應效率的提高越大。但是角度可以很小受到化學合成的限制。這些是傾向于某些結構的單晶。您無法提供無限的清晰度。”

LANP的彼得·諾德蘭德(Peter Nordlander)研究小組的物理學家和研究共同作者婁通過開發光活化鋁納米顆粒與氫分子之間熱電子能量轉移過程的理論模型，驗證了催化實驗的結果。

婁說：“我們輸入了光的波長和顆粒形狀。” “使用這兩個方面，我們可以準確地預測哪種形狀將產生最佳的催化劑。”

這項工作是LANP正在進行的綠色化學工作的一部分，以開發商業上可行的光活化納米催化劑，該催化劑可以以外科手術的精確度將能量插入化學反應中。LANP先前已經證明了用于生產乙烯和合成氣，分解氨以生產氫燃料以及用于分解“永遠的化學物質”的催化劑。

賴斯的史坦利·摩爾(Stanley C. Moore)電氣和計算機工程教授，萊斯的Smalley-Curl研究所所長Halas說：“這項研究表明光催化劑的形狀是工程師可以用來創建具有更高反應速率和更低活化障礙的光催化劑的另一種設計元素。”以及化學，生物工程，物理學和天文學，材料科學和納米工程學教授。