Forskare på Chalmers har utvecklat en ny mätteknik som utnyttjar optiska resonanser hos nanopartiklar och som kan användas för att följa reaktioner på katalysatorer och för utveckling av sensorer. Optiska resonanser hos nanopartiklar, så kallad plasmonik, har varit föremål för intensiv forskning och utveckling i ett tiotal år, för detektion av biologiska molekyler och inom optoelektronik.

Chalmersforskarna visar nu att plasmonresonanser i nanopartiklar kan användas för att följa reaktioner på katalysatorer och för framtagning av sensorer med extremt hög känslighet. Metoden publiceras i tidskriften Science i november och är redan publicerad i nätupplagan Science Express och bygger på resultat från Elin Larssons och Christoph Langhammers doktorsarbeten. Medförfattare är Igor Zoric och Bengt Kasemo, samtliga på Kemisk fysik, Chalmers.

Upptäckterna öppnar enligt forskarna vägen både för ny mätteknik inom nanoområdet och för utveckling av helt nya, hyperkänsliga sensorer. Med den nya tekniken är det möjligt att studera en katalysator i realtid under realistiska förhållanden, och på så sätt dels öka kunskapen om katalysprocesser och dels bidra till utveckling av nya katalysatorer. Detta bidrar till minskad åtgång av både material och energi i en mängd processer och dessutom till reducering av miljöfarliga utsläpp från både industri och fordon.

Sensorer används dagligen inom en mängd områden, allt från medicinsk diagnostik och styrning av industriella processer till förbränning och katalytisk avgasrening i fordonsmotorer. Dagens sensorer är ofta dyra och/eller otillräckliga på grund av kort livslängd, låg selektivitet och känslighet, samt har bristande tålighet i krävande miljöer. Den aktuella metoden uppges vara mycket robust och tekniskt enkel och öppnar nya möjligheter för att ta fram billiga och robusta sensorer.

Plasmonresonansen i en nanopartikel av guld exciteras med ljus, se figur ovan. När detta sker ger det guldpartikeln en specifik färg (blå i figuren) som beror både av partikelns storlek och dess närmaste (nano)omgivning. De katalysatornanopartiklar man vill studera placeras i guldpartikelns nanoomgivning. Guldpartikeln känner då av vad som sker på/i katalysatorpartiklarna. När till exempel mängden och typen av de atomer och molekyler som finns adsorberade på katalyspartiklarnas yta ändras, så orsakar detta en färgförändring hos guldpartikeln (blå till röd i figuren). Denna färgförändring är ett mått på vad som händer på katalysatorytan. Bild: Elin Larsson.

Forskningen fortsätter med inriktning mot en rad olika tillämpningar. Elin Larsson vidareutvecklar metodiken för katalysområdet vid Kompetenscentrum för Katalys, KCK, på Chalmers. Kommersialisering planeras inom projektet CleanSense, vilket startades inom ramen för Chalmers Entreprenörsskola.
Forskningen har till stor del drivits inom det SSF-finansierade projektet Fotoaktiva nanostrukturer och fortsätter nu inom projektet Nanoteknik för uthållig energi, finansierat av Chalmers Stiftelse och Statens Energimyndighet.

Filed under: SvenskTeknik