Plasmonic catalysis
રસાયણશાસ્ત્રમાં, પ્લાઝમોનિક ઉત્પ્રેરણ એ એક પ્રકારનું ઉત્પ્રેરણ છે જે રાસાયણિક પ્રતિક્રિયાના દરને વધારવા માટે પ્લાઝમોનનો ઉપયોગ કરે છે. પ્લાઝમોનિક ઉત્પ્રેરક ધાતુના નેનોપાર્ટિકલ સપાટી (સામાન્ય રીતે સોના, ચાંદી અથવા બંનેનું સંયોજન) થી બનેલું હોય છે, જે પ્રકાશ દ્વારા ઉત્તેજિત થાય ત્યારે સ્થાનિક સપાટીના પ્લાઝમોન પ્રતિધ્વનિ (એલ. એસ. પી. આર.) પેદા કરે છે. આ પ્લાઝમોન ઓસિલેશન નેનોપાર્ટિકલની સપાટીની નજીક ઇલેક્ટ્રોનથી સમૃદ્ધ પ્રદેશ બનાવે છે, જેનો ઉપયોગ નજીકના અણુઓના ઇલેક્ટ્રોનને ઉત્તેજિત કરવા માટે થઈ શકે છે. પ્રકાશ ઉત્પ્રેરકની જેમ, પ્લાઝમોનિક ઉત્પ્રેરક પ્રતિધ્વનિ ઊર્જા સ્થાનાંતરણ (આરઈટી) દ્વારા પ્રતિક્રિયાશીલ અણુઓમાં તેમની ઉત્તેજના ઊર્જાને સ્થાનાંતરિત કરી શકે છે. પ્રકાશ ઉત્પ્રેરકથી વિપરીત, પ્લાઝમોનિક ઉત્પ્રેરક ગરમ વાહક ઇલેક્ટ્રોનને મુક્ત કરીને પ્રતિક્રિયાશીલ અણુઓને પણ ઉત્તેજિત કરી શકે છે, જે ધાતુની સપાટીથી સંપૂર્ણપણે અલગ થવા માટે પૂરતી ઊંચી ઊર્જા ધરાવે છે. આ ગરમ વાહક ઇલેક્ટ્રોનની ઊર્જાને સપાટી પર પ્રહાર કરતા પ્રકાશની તરંગલંબાઇ અને હાજર નેનોપાર્ટિકલ્સના કદને બદલીને બદલી શકાય છે, જે ગરમ ઇલેક્ટ્રોનને બહુવિધ વિવિધ પ્રતિક્રિયાઓને ઉત્પ્રેરિત કરવા માટે જરૂરી ઉત્તેજના સ્થિતિને લેવાની મંજૂરી આપે છે. પ્લાઝમોનિક ઉત્પ્રેરણાનું ક્ષેત્ર હજુ પણ તેની બાલ્યાવસ્થામાં હોવા છતાં, પરંપરાગત ફોટોકેટાલિસ્ટ્સની સરખામણીમાં પ્લાઝમોન-સક્રિય સપાટીનો ઉપયોગ કરવાના સ્પષ્ટ ફાયદા છે. નજીકના ઇન્ફ્રારેડ, દૃશ્યમાન અને અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશમાંથી ઊર્જાનો ઉપયોગ કરવાની તેમની ક્ષમતા પ્લાઝમોન સપાટીઓને ફોટોકેટાલિસ્ટ્સ કરતાં વધુ પ્રકાશ-કેપ્ચરિંગ કાર્યક્ષમતા આપે છે, જે ફક્ત અલ્ટ્રાવાયોલેટ પ્રકાશનો ઉપયોગ કરી શકે છે, અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્ર અને ઉત્સર્જિત ઇલેક્ટ્રોનની મોટી સંભવિત ઊર્જા શ્રેણી પરિણામી ઉત્પ્રેરક અસરોને વ્યાપક રીતે લાગુ પડે છે અને અત્યંત ટ્યુન કરી શકાય છે. વ્યાપક રીતે કહીએ તો, પ્લાઝમોનિક ઉત્પ્રેરણ બે મુખ્ય માર્ગો દ્વારા પ્રતિક્રિયા દરમાં વધારો કરે છે. આમાંથી પ્રથમ પ્લાઝમોન ઓસિલેશન દરમિયાન વિદ્યુતચુંબકીય ક્ષેત્રની ઉત્પત્તિ દ્વારા છે. આ ક્ષેત્ર પ્રતિધ્વનિ ઊર્જા સ્થાનાંતરણ દ્વારા પ્રતિક્રિયાકારકો ઇલેક્ટ્રોનની ઉત્તેજના દ્વારા પ્રતિક્રિયાની સક્રિયકરણ ઊર્જાને ઘટાડે છે. તે સ્થાનિક સંક્રમણ સ્થિતિ સ્થિરીકરણ પણ પ્રદાન કરી શકે છે, જે પ્રતિક્રિયાના દરમાં વધુ વધારો કરે છે. બીજો માર્ગ ગરમ વાહક ઇલેક્ટ્રોન/ફોનોન જોડીઓની ઉત્પત્તિ દ્વારા છે. જ્યારે પ્લાઝમોન ઉત્પન્ન થાય છે, ત્યારે કેટલાક ઇલેક્ટ્રોનમાં નેનોપાર્ટિકલના ઇલેક્ટ્રોન શેલોથી સંપૂર્ણપણે મુક્ત થવાની ઊર્જા હોઈ શકે છે. આ અત્યંત ઉત્તેજિત ઇલેક્ટ્રોન પછી સૌથી વધુ કબજા હેઠળના પરમાણુ ભ્રમણકક્ષામાં પ્રતિક્રિયાશીલ ઇલેક્ટ્રોનને ઉત્તેજિત કરી શકે છે અથવા સૌથી ઓછા બિન-કબજા હેઠળના પરમાણુ ભ્રમણકક્ષાને ભરી શકે છે, અણુની ઊર્જાને વધારી શકે છે અને ઓછી ઊર્જા સંક્રમણ સ્થિતિ માટે પરવાનગી આપે છે. મોટા ભાગના કિસ્સાઓમાં, આ ગરમ ઇલેક્ટ્રોનને ઉત્તેજિત કરવા માટે પ્રતિક્રિયાશીલ પરમાણુ મળતો નથી અને તેના બદલે ફોનોન ભરીને જમીનની સ્થિતિ ઊર્જા પર પાછા ફરે છે. પ્રક્રિયામાંથી વધારાની ઊર્જા ઉષ્મીય ઊર્જા તરીકે મુક્ત થાય છે, જે સ્થાનિક તાપમાનમાં વધારો કરે છે જે પ્રતિક્રિયાના દરમાં પણ વધારો કરી શકે છે. ઉદાહરણો સોનાની નેનોપાર્ટિકલ સપાટીનો ઉપયોગ કરતી વખતે પાણીનું ફોટોકેટાલિટિક ઇલેક્ટ્રોલિસિસ 66 ગણું વધુ કાર્યક્ષમ હોવાનું દર્શાવવામાં આવ્યું છે. સિલ્વર નેનોપાર્ટિકલ્સની હાજરીમાં ટાઇટેનિયમ ડાયોક્સાઇડ ફોટોકેટાલિસ્ટ દ્વારા મિથાઈલીન બ્લુના ડિમાઇથાઇલેશનનો દર સાત ગણો વધારવામાં આવ્યો છે. કાર્બન મોનોક્સાઇડ, એમોનિયા અને ઓક્સિજન સહિતના કેટલાક સામાન્ય વાયુઓનું પ્લાઝમોનિક ઉત્પ્રેરિત ઓક્સિડેશન દૃશ્યમાન પ્રકાશ દ્વારા ઉત્તેજિત થાય ત્યારે પ્લાઝમોનિક સપાટીઓની મજબૂત ઉત્પ્રેરક અસરોને કારણે સામાન્ય રીતે જરૂરી હોય તેના કરતા ઘણા ઓછા તાપમાને થઈ શકે છે. તાજેતરમાં કાર્બનિક સંશ્લેષણ અથવા સૌર ઇંધણના ઉત્પાદન માટે સંકર પ્લાઝમોનિક નેનોમટેરિયલ્સની શોધ શરૂ થઈ છે. સંદર્ભો નેનોટેકનોલોજી ઉત્પ્રેરણ