Nanopartikel auf subnanometer dünnen oxidischen Filmen: Skalierung von Modellsystemen

Abstract

Durch die Abscheidung von ultradünnen Oxidschichten auf atomar‐flachen Metalloberflächen konnte die elektronische Struktur des Metalls und hierdurch dessen katalytische Aktivität beeinflusst werden. Die Skalierung dieser Architekturen für eine technische Nutzbarkeit war bisher aber kaum möglich. Durch die Verwendung einer flüssigkristallinen Phase aus Fluorhectorit‐Nanoschichten, können wir solche Architekturen in skalierbarem Maßstab imitieren. Synthetischer Natriumfluorhectorit (NaHec) quillt spontan und repulsiv in Wasser zu einer nematischen flüssigkristallinen Phase aus individuellen Nanoschichten. Diese tragen eine permanente negative Schichtladung, sodass selbst bei einer Separation von über 60 nm eine parallele Anordnung der Schichten behalten wird. Zwischen diesen Nanoschichten können Palladium‐Nanopartikel mit entgegengesetzter Ladung eingelagert werden, wodurch die nematische Phase kollabiert und separierte Nanopartikel zwischen den Schichten fixiert werden. Die Aktivität zur CO‐Oxidation des so entstandenen Katalysators war höher als z. B. die der gleichen Nanopartikel auf konventionellem Al2O3 oder der externen Oberfläche von NaHec. Durch Röntgenphotoelektronenspektroskopie konnte eine Verschiebung der Pd‐3d‐Elektronen zu höheren Bindungsenergien beobachtet werden, womit die erhöhte Aktivität erklärt werden kann. Berechnungen zeigten, dass mit erhöhter positiver Ladung des Pd die Adsorptionsstärke von CO erniedrigt und damit auch die Vergiftung durch CO vermindert wird.

Enhancing Hydrogen Storage Capacity of Pd Nanoparticles by Sandwiching between Inorganic Nanosheets

“…Furthermore, the nanosheets even accept additional negative charge beyond what is expected for charge balancing of pristine NaHec as evidenced by electron energy loss spectroscopy (EELS) of Si. [22] Similar to what was reported for HKUST-1 embedded Pd nanoparticles, we find that the additional holes created by the described charge transfer for intercalated nanoparticulate Pd indeed also enhances the maximum H 2 storage capacity compared to identical nanoparticles covered with PVP.…”

“…Furthermore, a charge transfer from Pd to the Si of the nanosheets was reported before. [22] The amount of hydrogen that can be absorbed strongly correlates with the amount of 4d band holes in the conduction band at the Fermi level. [30] Based on the band filling effect, the more holes in the 4d band, the more hydrogen can be absorbed as the transfer of H 1s electrons into these holes creates the PdÀ H bonds.…”

“…This nematic phase was used to intercalate nanoparticles with a positive ζ potential between the nanosheets to create a porous structure as sketched in Scheme S1. [22] The confinement between negatively charged nanosheets forces the Pd nanoparticles to be positively charged to balance the charge. Furthermore, the nanosheets even accept additional negative charge beyond what is expected for charge balancing of pristine NaHec as evidenced by electron energy loss spectroscopy (EELS) of Si.…”