Gold Nanofilm Redox Catalysis for Oxygen Reduction at Soft Interfaces

过电位 化学 氧化还原 胶体金 电子转移 催化作用 纳米颗粒 化学工程 电化学 循环伏安法 电极 光化学 无机化学 纳米技术 材料科学 物理化学 有机化学 工程类
作者
Evgeny Smirnov,Pekka Peljo,Micheál D. Scanlon,Hubert H. Girault
出处
期刊:Electrochimica Acta [Elsevier]
卷期号:197: 362-373 被引量:51
标识
DOI:10.1016/j.electacta.2015.10.104
摘要

Functionalization of a soft or liquid-liquid interface by a one gold nanoparticle thick "nanofilm" provides a conductive pathway to facilitate interfacial electron transfer from a lipophilic electron donor to a hydrophilic electron acceptor in a process known as interfacial redox catalysis. The gold nanoparticles in the nanofilm are charged by Fermi level equilibration with the lipophilic electron donor and act as an interfacial reservoir of electrons. Additional thermodynamic driving force can be provided by electrochemically polarising the interface. Using these principles, the biphasic reduction of oxygen by a lipophilic electron donor, decamethylferrocene, dissolved in α,α,α-trifluorotoluene was catalysed at a gold nanoparticle nanofilm modified water-oil interface. A recently developed microinjection technique was utilised to modify the interface reproducibly with the mirror-like gold nanoparticle nanofilm, while the oxidised electron donor species and the reduction product, hydrogen peroxide, were detected by ion transfer voltammetry and UV/vis spectroscopy, respectively. Metallization of the soft interface allowed the biphasic oxygen reduction reaction to proceed via an alternative mechanism with enhanced kinetics and at a significantly lower overpotential in comparison to a bare soft interface. Weaker lipophilic reductants, such as ferrocene, were capable of charging the interfacial gold nanoparticle nanofilm but did not have sufficient thermodynamic driving force to significantly elicit biphasic oxygen reduction.

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