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Dissertação de Mestrado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
Vitor Renato Ribeiro Silveira
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2019
Orientador
Banca examinadora
Camargo, Pedro Henrique Cury de (Presidente)
Bonacin, Juliano Alves
Mandelli, Dalmo
Título em inglês
Gold and gold-palladium branched nanocrystals for applications in plasmonic catalysis and electrocatalysis
Palavras-chave em inglês
Electrocatalysis
Gold
Nanocatalysts
Photocatalysis
Plasmonics
Resumo em inglês
The harvesting of solar light is one of the main challenges in science. The outstanding optical properties of plasmonic in the visible and near-infrared ranges due to the localized surface plasmon resonance (SPR) has emerged as a promising approach for the solar-tochemical energy conversion. Specifically, it has been demonstrated that the SPR excitation in the visible range in silver (Ag) and gold (Au) nanoparticles can drive and accelerate chemical transformations. This field, coined plasmonic catalysis, enables one to merge catalytic and optical properties in the nanoscale and use visible or near-infrared light as a sustainable energy input to accelerate molecular transformations. In the first part of this thesis. we developed Au branched nanostructures to be employed as plasmonic catalysts. In this case, we aimed at investigating the effect of the sharp tips at their surface over their plasmonic catalytic performance, as it is established that tips can concentrate higher electric field enhancements relative to rounded surfaces as a result of the lightning rod effect, which, in turn, can translate into higher plasmonic catalytic performances. Here, the plasmonic-catalytic performances were tested using the SPR mediated oxidation of paminothiophenol and benzylamine as model transformations. While the Ag and Au nanoparticles support LSPR excitation in the visible and near-infrared ranges, their catalytic properties are limited in terms of versatility. Conversely, metals that are important in catalysis, such as palladium Pd, do not support SPR excitation in the visible or near-infrared range. In the second part of this thesis, we developed multimetallic nanoparticle morphologies, composed of both Au and Pd, that enabled us to marry catalytic and plasmonic component in order to address this challenge. We focused on plasmonic core-catalytic shell structures, in which the shell displayed a branched morphology. Parameters such as shell thickness could be controlled, and structure performance relationships were established towards the methanol electro-oxidation under plasmonic excitation.
Título em português
Nanocristais ramificados de ouro e ouro-paládio para aplicações em catálise e eletrocatálise plasmônica
Palavras-chave em português
Eletrocatálise
Fotocatálise
Nanocatalisadores
Ouro
Plasmônica
Resumo em português
O aproveitamento da luz solar é um dos principais desafios da ciência. As excepcionais propriedades óticas plasmônicas nas regiões do visível e do infravermelho próximo, devido a ressonância plasmônica de superfície localizada (SPR), surgiram como uma abordagem promissora para conversão de energia solar em energia química. De maneira mais específica, vem sendo demonstrado que a excitação SPR na região do visível em nanopartículas de prata (Ag) e ouro (Au) podem conduzir e acelerar transformações químicas. Esse campo, chamado catálise plasmônica, permite a fusão de propriedades óticas e catalíticas na nanoescala e a utilização de luz visível ou infravermelha próxima como uma fonte de energia para acelerar transformações moleculares. Na primeira parte desta dissertação, nós desenvolvemos nanoestruturas de ouro ramificadas para serem empregadas em catálise plasmônica. Neste caso, nosso foco era investigar o efeito de pontas afiadas em sua superfície sobre seu desempenho catalítico plasmônico, visto que está bem estabelecido que pontas podem concentrar maiores intensificações de campo elétrico em relação a superfícies arredondadas como resultado do "efeito para-raios" o que, por sua vez, pode se traduzir em maiores desempenhos em catálise plasmônica. O desempenho da catálise plasmônica foi testado através da oxidação mediada por SPR do p-aminotiofenol e da benzilamina como reações modelo. Contudo, enquanto nanopartículas de prata e ouro apresentam excitação SPR nas regiões do visível e infravermelho próximo, suas propriedades catalíticas são limitadas em termos de versatilidade. Por outro lado, metais que são importantes em catálise, como o paládio, não apresentam excitação SPR no visível e infravermelho próximo. Por isso, na segunda parte desta dissertação, nós desenvolvemos nanopartículas multimetálicas, compostas de Au e Pd, que nos permitem unir os componentes catalíticos e plasmônicos com o objetivo de enfrentar este desafio. Nós focamos em estruturas do tipo core-shell, com núcleos plasmônicos e cascas catalíticas, na qual a casca apresenta morfologia ramificada. Paramêtros como a espessura da casca puderam ser controlados, e a relação estruturaperformance foi estabelecida através da eletro-oxidação do metanol sobre excitação plasmônica.
 
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Data de Publicação
2019-07-19
 
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