Development of allotropic noble metal nanoparticles for improved catalysis

Promovendus/a: Michaël Gebruers

Promotor(en): Prof. dr. ir. Maarten Roeffaers

Nanopartikels (NPs) van edelmetalen worden regelmatig als katalysatoren gebruikt vanwege hun grote oppervlakte-volume verhouding en hun unieke eigenschappen, zoals een hoge oppervlakteactiviteit, in vergelijking met bulkmateriaal. De invloed van de NP grootte en -vorm op de oppervlakteactiviteit is al uitgebreid onderzocht, de invloed van de kristalstructuur is veel minder bestudeerd. De afgelopen jaren zijn er voor verschillende metalen allotrope kristalstructuren beschreven. De synthese en katalytische toepassingen van deze allotrope metaal NPs zijn nog niet volledig onderzocht. Mijn doctoraatswerk had als doel om de huidige kennis over de synthese, karakterisatie en katalytische toepassingen van edelmetaal NPs uit te breiden. Dit wordt bereikt door het bestuderen van allotrope zilver en ruthenium NPs. Er zijn verschillende allotrope structuren van zilver NPs gekend, maar hun synthese is nog niet grondig onderzocht. Dit leidt vaak tot de vorming van zilver NPs met meerdere kristalstructuren. In het eerste deel van dit doctoraatswerk werd de preferentiële synthese van allotrope hexagonaal dichtst gestapelde (‘hexagonal close-packed’, hcp) zilver NPs, over de synthese van reguliere kubisch vlakgecentreerde ('face centered cubic’, fcc) zilver NPs, geoptimaliseerd. Bovendien werd de karakterisatie van allotrope hcp zilver NPs via XRD geoptimaliseerd om een ondubbelzinnige methode te verkrijgen om ze te onderscheiden van reguliere fcc zilver NPs. In het tweede deel van dit doctoraatswerk werd de katalytische activiteit van allotrope ruthenium NPs bestudeerd als foto- en thermische katalysator. Er werd aangetoond dat reguliere hcp en allotrope fcc ruthenium NPs zeer verschillend presteren, afhankelijk van de reactie die wordt bestudeerd. Hieruit kon worden geconcludeerd dat allotrope structuren van edelmetaal NPs verschillend presteren afhankelijk van de katalytische toepassingen. Dit duidt erop dat er niet één betere katalysator is bij het vergelijken van metaal allotropen, maar dat de best presterende kristalstructuur sterk afhankelijk is van de specifieke katalytische reactie die wordt bestudeerd.