Studie baner vejen for nye lysfølsomme materialer

Fotokatalysatorer er nyttige materialer, med et utal af miljø- og energianvendelser, herunder luftrensning, vandbehandling, selvrensende overflader, forureningsbekæmpende maling og belægninger, brintproduktion og CO ₂ omstilling til bæredygtige brændstoffer.

En effektiv fotokatalysator omdanner lysenergi til kemisk energi og giver denne energi til et reagerende stof, at hjælpe med at opstå kemiske reaktioner.

Et af de mest nyttige sådanne materialer er kendt som titaniumoxid eller titaniumoxid, meget eftertragtet for sin stabilitet, effektivitet som fotokatalysator og ikke-toksicitet for mennesker og andre biologiske organismer.

I ny forskning, der vises i Journal of Physical Chemistry Letters , Scott Sayres og hans forskergruppe beskriver deres undersøgelser af titaniaklyngernes molekylære dynamik.

Sådan forskning er et grundlæggende skridt mod udviklingen af ​​mere effektive fotokatalysatorer.

Nøglen til sådanne fremskridt er evnen til at forlænge den tid, som elektroner i materialet forbliver i en exciteret tilstand, da denne flygtige varighed er, når titaniumdioxid kan fungere som en effektiv fotokatalysator.

Undersøgelse af en fotokatalysators opførsel i fine detaljer, imidlertid, er en vanskelig indsats. Klyngerne er en nanometer eller mindre i størrelse (eller 1/100, 000. bredden af ​​et menneskehår) og elektronernes bevægelser i de molekyler, der undersøges, finder sted på forbløffende korte tidsskalaer, målt i femtosekunder (eller en milliontedel af en milliardtedel af et sekund).

Den nye undersøgelse udforsker neutrale (uladede) klynger af titaniumoxid for første gang, sporing af de subtile bevægelser af energi ved hjælp af en femtosekund-laser og en teknik kendt som pumpe-probe spektroskopi. "Vi behandler vores lasere som kameraer, " siger Sayres. "Vi tager billeder af, hvor energien flyder over tid."

Sayres, en forsker i Biodesign Center for Applied Structural Discovery, beskriver betydningen af ​​den aktuelle undersøgelse:

"Vi har undersøgt de mindst mulige byggesten af ​​titanium for at forstå sammenhængen mellem, hvordan små ændringer i materialets atomare struktur påvirker den ophidsede tilstands levetid og energistrømmen. At lære om, hvordan dette sker, kan hjælpe med at redesigne bedre fotokatalysatorer i fremtiden."