Фотоіндуковане прискорення хімічних реакцій сферичними моно- і біметалевими наночастинками
The paper considers the problem of choosing the composition, structure, and size of spherical catalyst nanoparticles for carrying out plasmon-induced polymerization reactions. The concept of reducing the activation energy of the reaction in the presence of a catalyst and, accordingly, increasing the...
Gespeichert in:
| Datum: | 2024 |
|---|---|
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Englisch |
| Veröffentlicht: |
Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine
2024
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/719 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
Institution
Chemistry, Physics and Technology of Surface| _version_ | 1856543956280541184 |
|---|---|
| author | Smirnova, N. A. Korotun, A. V. Kulykovskyi, R. A. |
| author_facet | Smirnova, N. A. Korotun, A. V. Kulykovskyi, R. A. |
| author_sort | Smirnova, N. A. |
| baseUrl_str | |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2025-06-19T09:44:27Z |
| description | The paper considers the problem of choosing the composition, structure, and size of spherical catalyst nanoparticles for carrying out plasmon-induced polymerization reactions. The concept of reducing the activation energy of the reaction in the presence of a catalyst and, accordingly, increasing the rate of a chemical reaction during heating due to the excitation of surface plasmon resonance is presented. Using the Drude model for the dielectric function, relationships were obtained for the frequency dependences of such characteristics as the real and imaginary parts of the polarizability, heating and the rate of chemical reactions when monometallic and bimetallic nanoparticles are used as catalysts, as well as the amplification of fields in their vicinity. The concepts developed in this work take into account the classical size dependence of the effective electron relaxation rate in monometallic and bimetallic nanoparticles under the assumption of diffuse scattering of electrons. Changes in the positions of the maxima of the imaginary part of the polarizability, heating, and reaction rate are analyzed with a change in the radii of monometallic and bimetallic nanoparticles. It is shown that the maxima of the dependences under study correspond to dipole surface plasmon resonances, and their number depends on the particle morphology. Changes in the amplification of electric fields in the vicinity of nanoparticles of different morphology have been studied. It has been found that the enhancement of the fields in all considered cases is maximum on the surface of the nanoparticle and decreases with distance from it. Practical recommendations are formulated regarding the size, composition and structure of nanoparticles for plasmon catalysis, which provide the highest rates of chemical reactions. Thus, all obtained frequency dependences have one maximum for monometallic and two maxima for bimetallic nanoparticles. |
| first_indexed | 2025-07-22T19:35:18Z |
| format | Article |
| id | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-719 |
| institution | Chemistry, Physics and Technology of Surface |
| language | English |
| last_indexed | 2025-09-24T17:45:54Z |
| publishDate | 2024 |
| publisher | Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| spelling | oai:ojs.pkp.sfu.ca:article-7192025-06-19T09:44:27Z Photo-induced acceleration of chemical reactions by spherical mono- and bimetallic nanoparticles Фотоіндуковане прискорення хімічних реакцій сферичними моно- і біметалевими наночастинками Smirnova, N. A. Korotun, A. V. Kulykovskyi, R. A. polarizability field enhancement polymerization reaction rate catalysis surface plasmon resonance monometallic and bimetallic nanoparticles поляризованість підсилення полів швидкість реакції полімеризації каталіз поверхневий плазмонний резонанс монометалеві та біметалеві наночастинки The paper considers the problem of choosing the composition, structure, and size of spherical catalyst nanoparticles for carrying out plasmon-induced polymerization reactions. The concept of reducing the activation energy of the reaction in the presence of a catalyst and, accordingly, increasing the rate of a chemical reaction during heating due to the excitation of surface plasmon resonance is presented. Using the Drude model for the dielectric function, relationships were obtained for the frequency dependences of such characteristics as the real and imaginary parts of the polarizability, heating and the rate of chemical reactions when monometallic and bimetallic nanoparticles are used as catalysts, as well as the amplification of fields in their vicinity. The concepts developed in this work take into account the classical size dependence of the effective electron relaxation rate in monometallic and bimetallic nanoparticles under the assumption of diffuse scattering of electrons. Changes in the positions of the maxima of the imaginary part of the polarizability, heating, and reaction rate are analyzed with a change in the radii of monometallic and bimetallic nanoparticles. It is shown that the maxima of the dependences under study correspond to dipole surface plasmon resonances, and their number depends on the particle morphology. Changes in the amplification of electric fields in the vicinity of nanoparticles of different morphology have been studied. It has been found that the enhancement of the fields in all considered cases is maximum on the surface of the nanoparticle and decreases with distance from it. Practical recommendations are formulated regarding the size, composition and structure of nanoparticles for plasmon catalysis, which provide the highest rates of chemical reactions. Thus, all obtained frequency dependences have one maximum for monometallic and two maxima for bimetallic nanoparticles. В роботі розглянуто задачу про вибір складу, структури та розміру сферичних наночастинок-каталізаторів для проведення реакцій плазмон-індукованої полімеризації. Подано концепцію зниження енергії активації реакції в присутності каталізатора і, відповідно, збільшення швидкості хімічної реакції при розігріві за рахунок збудження поверхневого плазмонного резонансу. З використанням моделі Друде для діелектричної функції отримані співвідношення для частотних залежностей таких характеристик як дійсна і уявна частини поляризовaності, розігрів і швидкість хімічних реакцій при використанні як монометалевих і біметалевих наночастинок каталізаторів, а також підсилення полів в їхньому околі. Уявлення, розвинуті в роботі, враховують класичну розмірну залежність ефективної швидкості релаксації електронів у монометалевих і біметалевих наночастинках у припущенні дифузного розсіювання електронів. Проаналізовано зміни положення максимумів уявної частини поляризовaності, розігріву та швидкості реакції при зміні радіусів монометалевих та біметалевих наночастинок. Показано, що максимуми досліджуваних залежностей відповідають дипольним поверхневим плазмонним резонансам, які залежить від морфології частинки. Досліджено зміни величини підсилення електричних полів в околі наночастинок різної морфології. Встановлено, що підсилення полів у всіх випадках максимально на поверхні наночастинки і зменшується при віддаленні від неї. Сформульовано практичні рекомендації щодо вибору розмірів, складу та будови наночастинок для плазмонного каталізу, які забезпечують найбільші швидкості хімічних реакцій. Так, всі отримані частотні залежності мають один максимум для монометалевих і два максимуми для біметалевих наночастинок. Chuiko Institute of Surface Chemistry National Academy of Sciences of Ukraine 2024-05-31 Article Article application/pdf https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/719 10.15407/hftp15.02.171 Chemistry, Physics and Technology of Surface; Vol. 15 No. 2 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 171-182 Химия, физика и технология поверхности; Том 15 № 2 (2024): Chemistry, Physics and Technology of Surface / Himia, Fizika ta Tehnologia Poverhni; 171-182 Хімія, фізика та технологія поверхні; Том 15 № 2 (2024): Хімія, фізика та технологія поверхні; 171-182 2518-1238 2079-1704 10.15407/hftp15.02 en https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/719/735 Copyright (c) 2024 N. A. Smirnova, A. V. Korotun, R. A. Kulykovskyi |
| spellingShingle | поляризованість підсилення полів швидкість реакції полімеризації каталіз поверхневий плазмонний резонанс монометалеві та біметалеві наночастинки Smirnova, N. A. Korotun, A. V. Kulykovskyi, R. A. Фотоіндуковане прискорення хімічних реакцій сферичними моно- і біметалевими наночастинками |
| title | Фотоіндуковане прискорення хімічних реакцій сферичними моно- і біметалевими наночастинками |
| title_alt | Photo-induced acceleration of chemical reactions by spherical mono- and bimetallic nanoparticles |
| title_full | Фотоіндуковане прискорення хімічних реакцій сферичними моно- і біметалевими наночастинками |
| title_fullStr | Фотоіндуковане прискорення хімічних реакцій сферичними моно- і біметалевими наночастинками |
| title_full_unstemmed | Фотоіндуковане прискорення хімічних реакцій сферичними моно- і біметалевими наночастинками |
| title_short | Фотоіндуковане прискорення хімічних реакцій сферичними моно- і біметалевими наночастинками |
| title_sort | фотоіндуковане прискорення хімічних реакцій сферичними моно- і біметалевими наночастинками |
| topic | поляризованість підсилення полів швидкість реакції полімеризації каталіз поверхневий плазмонний резонанс монометалеві та біметалеві наночастинки |
| topic_facet | polarizability field enhancement polymerization reaction rate catalysis surface plasmon resonance monometallic and bimetallic nanoparticles поляризованість підсилення полів швидкість реакції полімеризації каталіз поверхневий плазмонний резонанс монометалеві та біметалеві наночастинки |
| url | https://www.cpts.com.ua/index.php/cpts/article/view/719 |
| work_keys_str_mv | AT smirnovana photoinducedaccelerationofchemicalreactionsbysphericalmonoandbimetallicnanoparticles AT korotunav photoinducedaccelerationofchemicalreactionsbysphericalmonoandbimetallicnanoparticles AT kulykovskyira photoinducedaccelerationofchemicalreactionsbysphericalmonoandbimetallicnanoparticles AT smirnovana fotoíndukovanepriskorennâhímíčnihreakcíjsferičnimimonoíbímetaleviminanočastinkami AT korotunav fotoíndukovanepriskorennâhímíčnihreakcíjsferičnimimonoíbímetaleviminanočastinkami AT kulykovskyira fotoíndukovanepriskorennâhímíčnihreakcíjsferičnimimonoíbímetaleviminanočastinkami |