Projektbeschreibung
Sonnenlicht sorgt für effiziente chemische Reaktionen
Der anorganische, organische und landwirtschaftliche Chemikalien produzierende Industriezweig ist sehr energieintensiv und sehr stark von nicht nachhaltigen fossilen Brennstoffen abhängig. Mittels lokalisierter Oberflächenplasmonenresonanz lässt sich das Sonnenlicht auf molekularer Ebene konzentrieren. Plasmonische Materialien beruhen fast ausschließlich auf den seltenen und nicht nachhaltigen Metallen Ag und Au. Es gibt jedoch etliche auf der Erde häufig vorkommende Metalle (Al, Mg, Na, K), die Prognosen zufolge alternativ dazu dienen können, lokalisierte Oberflächenplasmonenresonanzen aufrechtzuerhalten. Das EU-finanzierte Projekt SPECs wird nun multimetallische Nanostrukturen konzipieren, synthetisieren und erforschen, um ein kostengünstiges, auf der Erde reichlich vorhandenes plasmonisches Material zu entwickeln. Dieses Material kann Sonnenlicht direkt auf einer katalytischen Oberfläche einfangen und konzentrieren, um chemische Reaktionen effizient und intelligent anzutreiben und zu choreografieren. Das erklärte Projektziel lautet, die Abhängigkeit von fossilen Brennstoffen und seltenen Metallen zu verringern.
Ziel
Industries creating inorganic, organic, and agricultural chemicals use a staggering 4.2% of the worldwide delivered energy, mainly from unsustainable fossil fuels. Meanwhile, the sun provides energy that could be utilized to power photochemical reactions sustainably and cleanly. Recent advances revealing how localized surface plasmon resonances (LSPRs), light-driven electron oscillations in metal nanoparticles, can concentrate light at the molecular scale made the dream of efficient photochemistry one step closer. However, plasmonic materials are almost exclusively constructed from the rare and unsustainable metals Ag and Au. In addition to being incompatible with current industrial practices relying on catalytic surfaces to lower energy barriers and guide reactions, Ag and Au cause prohibitive cost challenges for real-world applications. But there is hope: several of the few metals predicted to sustain LSPRs and become potential alternatives to Ag and Au are amongst the most abundant, i.e. sustainable, elements on Earth (Al, Mg, Na, K).
The way forward, and key objective of my proposal, is thus to design, synthesize, and understand multimetallic nanostructures where a cheap, Earth-abundant plasmonic material traps and concentrates (sun)light directly at a catalytic surface to efficiently and intelligently power and choreograph chemical reactions. To achieve this ambitious goal, I devised a project concurrently advancing important aspects of sustainable plasmon-enhanced catalysis, from the development of two synthetic approaches for Earth-abundant plasmonic-catalysts, to the fundamental studies of light-trapping in these new materials with state-of-the-art numerical and experimental approaches and the unravelling of the relative contribution of plasmon-generated hot electrons, enhanced field, and heat using key model chemical reactions. These results will help develop a more sustainable future by lowering our reliance on both fossil fuels and rare metals.
Wissenschaftliches Gebiet (EuroSciVoc)
CORDIS klassifiziert Projekte mit EuroSciVoc, einer mehrsprachigen Taxonomie der Wissenschaftsbereiche, durch einen halbautomatischen Prozess, der auf Verfahren der Verarbeitung natürlicher Sprache beruht. Siehe: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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Aufforderung zur Vorschlagseinreichung
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CB2 1TN Cambridge
Vereinigtes Königreich