Thiolate Protected Atomically Precise Gold-Silver Nanoclusters for Solar Energy Conversion
Creators: name: Liu, Ye
Publisher: name: Humboldt-Universität zu Berlin
Year: 2024
Subjects: subject: Nanocluster
subject: Funktionale Materialien
subject: Dichtefunktionaltheorie
subject: Photokatalyse
subject: Functional Materials
subject: Density Functional Theory
subject: Photocatalysis
subject: 541 Physikalische Chemie
subject: 546 Anorganische Chemie
subject: 540 Chemie und zugeordnete Wissenschaften

description: Diese Arbeit zielt darauf ab, Struktur-Aktivitäts-Korrelationen zu untersuchen, indem die Zusammensetzungen von Au25-Nanoclustern auf atomarer Ebene manipuliert werden. Die Liganden der Au25-Nanocluster wurden zunächst so konstruiert, dass geeignete Liganden für Anwendungen in der Lichtumwandlung gefunden werden konnten, wobei vier verschiedene Au25-Nanocluster mit ähnlichen Metallkernstrukturen synthetisiert wurden. Photoelektrochemische Messungen wurden durchgeführt, um die Sensibilisierungsfähigkeiten dieser Nanocluster durch Abscheidung auf anatas TiO2-Substraten zu vergleichen. Quantenchemische Berechnungen wurden durchgeführt, um den Einfluss der schützenden Liganden auf die Photoaktivitäten zu untersuchen. Danach wurden die Nanocluster mit optimalen Photoaktivitäten weiterhin zur Erforschung der photocatalytischen Eigenschaften verwendet. Da Metallsites im Allgemeinen als aktive Zentren für heterogene Katalyse betrachtet wurden, wurden die Legierungseffekte des Metallkerns untersucht, indem Ag-Atome darin eingebaut wurden. Die Und die photokatalytische Wasserstoffentwicklung wurde als Referenzreaktion für die Erforschung des Metallkerns verwendet. Eine graduelle Einstellung der Metallzusammensetzung des Metallkerns wurde erreicht, die einen vulkanartigen Trend zur Wasserstoffentwicklung zeigte. Ab-initio-Berechnungen wurden verwendet, um die Beziehung zwischen der Metallzusammensetzung und den katalytischen Aktivitäten zu korrelieren. Darüber hinaus wurden die zentral, mono-dotierten Ag25-Nanocluster mit Heteroatomen der Gruppe VIII ebenfalls untersucht. Obwohl die gestaffelten Energieniveaus zwischen den Nanoclustern und dem Substrat die Wasserstoffproduktionsraten des gesamten Photokatalysesystems erheblich förderten, verschlechterten die Dotierung von Heteroatomen in den innersten Kern die photokatalytischen Aktivitäten der Nanocluster.
description: This work aims at studying structure-activity correlations by engineering the compositions of Au25 nanoclusters at atomic level. The ligands of Au25 nanoclusters were first engineered to determine suitable ligands for light conversion, where four different Au25 nanoclusters with similar core metal structures were synthesized. Photoelectrochemical measurements were employed to compare the sensitization capabilities of these nanoclusters by depositing them onto anatase TiO2 substrates. Quantum chemical calculations were carried out to investigate the impact of protecting ligands on photoactivities. After that, the nanoclusters with optimum photoactivities were further used to explore the photocatalytic properties. Since metal sites were generally considered active centers for heterogeneous catalysis, the alloying effects of the metal core were studied by incorporating Ag atoms into it. And photocatalytic hydrogen evolution was used as a touch stone reaction for exploring the metal core. Gradient tuning of metal composition of the metal core had been achieved, which exhibited a volcanic-like trend toward hydrogen evolution. Ab initio calculations were employed to correlate the relationship between the metal composition and catalytic activities. In addition, the centrally, mono-doped Ag25 nanoclusters with group-VIII heteroatoms were also studied. Although the staggered energy levels between the nanoclusters and the substrate greatly promoted the hydrogen production rates of the whole photocatalysis system, the heteroatoms doping into the innermost core deteriorated the photocatalytic activities of the nanoclusters.