Metal nanoparticle have been intensively used as conventional catalysts in many chemical industries. Most of the catalytic processes supply energy required for the chemical reaction through heat transfer. The initiation of chemical reaction requires energy beyond activation energy, which is higher than the reaction enthalpy. Thus, excessive energy supply is inevitable. In addition, the selective energy transfer to the reactant among components of system including reactor, reaction medium, catalyst etc. is not possible in the energy transfer through thermal conduction and convection. In this regards, the conventional chemical process requires an excessive energy supply over the energy required for the reaction itself, which is leading to high reaction temperature. In this thesis, we design the new catalytic system to lower the reaction temperature by compensating the heat energy required for the chemical reaction with light energy. To this end, Plasmonic catalyst was designed as a new catalyst for effective absorption of light energy and light energy transfer mechanism was studied based on various experimental and theoretical evidence. Based on this understanding, a new type of light energy transfer mechanism that does not require the synthesis of complex catalyst structures through photoexcitation of metal-adsorbate.
금속 나노 입자 촉매는 기존의 여러 화학 산업에서 상용촉매로써 활발히 사용되어 왔다. 이때 대부분의 촉매 공정은 가열을 통해 반응에 필요한 에너지를 공급하게 된다. 화학 반응의 개시는 활성화 에너지의 극복을 요구하고 이는 반응 엔탈피 보다 높기 때문에 초과 에너지 공급이 불가피 하다. 또한 열 전도, 대류를 이용한 에너지 전달과정에서 반응물에 대한 선택적 에너지 전달이 불가능하므로 기존의 화학 공정은 반응 자체에 필요한 에너지 이상의 초과 공급을 요구하게 되며 이는 높은 반응 온도로 결부된다. 이에 본 학위논문에서는 화학반응에 요구되는 열 에너지를 빛 에너지로 보상함으로써 반응 온도를 낮추고자 한다. 이를 위해 금속 나노 입자를 이용해 빛 에너지를 효과적으로 흡수 및 전달할 수 있는 새로운 촉매 시스템이 고안 되었다. 효과적인 빛 에너지의 흡수를 위한 새로운 촉매로써 플라즈모닉 촉매를 설계하였으며 다양한 실험적, 이론적 증거들을 바탕으로 빛 에너지 전달 기제를 고찰하였다. 이 같은 이해를 바탕으로 복잡한 촉매 구조의 합성이 요구되지 않는 새로운 형태의 빛 에너지 전달 기제를 유도할 수 있었다.
