Команда IBS во главе с руководителем группы PARK Jeong Young сообщила о прямом обнаружении горячих электронов, генерируемых на границе твердое тело-жидкость во время экзотермической реакции на поверхности нанодиодов металл-полупроводник. Это первый случай, когда исследовательской группе удалось обнаружить горячие электроны на границе раздела жидкостей.
Обычно горячие электроны получают очень высокую кинетическую энергию от внешних источников энергии, таких как электромагнитное излучение или экзотермическая химическая реакция. Они создаются в ходе химических реакций и могут быть обнаружены с помощью каталитического нанодиода, состоящего из тонкой пленки каталитического металла, нанесенной на полупроводниковую подложку.
Поскольку толщина металла меньше длины свободного пробега электронов, горячие электроны могут достигать границы металл-полупроводник без значительного затухания и генерировать электрический ток, известный как химический ток.Исследовательская группа подтвердила первое наблюдение горячих электронов в результате экзотермической каталитической реакции, происходящей в жидкой фазе.
Предыдущие результаты были ограничены наблюдением горячих электронов на границах раздела газ-твердое тело, что снизило эффективность их генерации; атомная плотность жидкости в 1000 раз выше, чем у газа (1 атмосферное давление).Исследование имеет далеко идущие последствия для коммерческого использования горячих электронов в качестве катализаторов.
Автор-корреспондент профессор Парк объяснил: «Горячие электроны — ключевой элемент в фундаментальном понимании катализа. Это открытие может привести к созданию высокоэффективных каталитических устройств, которые позволят найти различные применения в жидкой фазе, такие как топливный элемент и искусственный фотосинтез».Команда обнаружила, что каталитическое разложение перекиси водорода (H2O2) на различных металлических катализаторах демонстрирует потоки горячих электронов до 10-1 электронов на молекулу продукта, что намного выше, чем ранее опубликованные данные для реакций твердое тело-газ на аналогичных нанодиодах. Согласно их рукописи, опубликованной в Интернете 4 июля в Angewandte Chemie и выбранной в качестве главной статьи, «возможность обнаружения горячих электронов, генерируемых неадиабатическим рассеянием энергии, также может быть использована с другими экзотермическими реакциями на границе раздела жидкий металл.
Примечательно, что химический ток позволяет контролировать реакцию на поверхности и состояние катализатора в режиме реального времени ».Парк подчеркнул: «Многие электронные методы науки о поверхности могут работать только в вакууме или при низком давлении газа. Поскольку это исследование позволяет инициировать как создание, так и обнаружение химического тока внутри нанодиода, наш подход не ограничивается конкретными условиями окружающей среды. условия."Таким образом, это обеспечивает высокочувствительный и мощный инструмент для изучения процессов переноса энергии и заряда на границе раздела жидкостей и металлов.
Результаты могут быть интересны для множества приложений, включая катализ, электрохимию и химию окружающей среды.