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    Plasmon-enhanced catalysis: distinguishing thermal and nonthermal effects

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    PlasmonEnhancedCatal ... (2.836Mb)
    Identificadores
    URI: https://hdl.handle.net/10902/35002
    DOI: 10.1021/acs.nanolett.7b04776
    ISSN: 1530-6984
    ISSN: 1530-6992
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    Autoría
    Zhang, Xiao; Li, Xueqian; Reish, Matthew E.; Zhang, Du; Su, Neil Qiang; Gutiérrez Vela, YaelAutoridad Unican; Moreno Gracia, FernandoAutoridad Unican; Yang, Weitao; Everitt, Henry O.; Liu, Jie
    Fecha
    2018-03
    Derechos
    Alojado según Resolución CNEAI 9/12/24 (ANECA) © 2018 American Chemical Society
    Publicado en
    Nano Lett. 2018, 18(3), 1714-1723
    Editorial
    American Chemical Society
    Enlace a la publicación
    https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.7b04776
    Palabras clave
    Plasmon
    Photocatalyst
    Rhodium nanoparticles
    Heterogeneous catalysis
    Carbon dioxide reduction
    Resumen/Abstract
    In plasmon-enhanced heterogeneous catalysis, illumination accelerates reaction rates by generating hot carriers and hot surfaces in the constituent nanostructured metals. In order to understand how photogenerated carriers enhance the nonthermal reaction rate, the effects of photothermal heating and thermal gradients in the catalyst bed must be confidently and quantitatively characterized. This is a challenging task considering the conflating effects of light absorption, heat transport, and reaction energetics. Here, we introduce a methodology to distinguish the thermal and nonthermal contributions from plasmon-enhanced catalysts, demonstrated by illuminated rhodium nanoparticles on oxide supports to catalyze the CO₂ methanation reaction. By simultaneously measuring the total reaction rate and the temperature gradient of the catalyst bed, the effective thermal reaction rate may be extracted. The residual nonthermal rate of the plasmonenhanced reaction is found to grow with a superlinear dependence on illumination intensity, and its apparent quantum efficiency reaches ∼46% on a Rh/TiO₂ catalyst at a surface temperature of 350 °C. Heat and light are shown to work synergistically in these reactions: the higher the temperature, the higher the overall nonthermal efficiency in plasmon-enhanced catalysis.
    Colecciones a las que pertenece
    • D14 Artículos [202]
    • D14 Proyectos de investigación [133]

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