Fremkalder kemiske reaktioner med lys

Fotosyntesens kemi er stadig dårligt forstået. Imidlertid, forskere fra Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) i Tyskland og Rice University i Houston har nu afsløret en stor brik i puslespillet. Deres resultater er blevet offentliggjort for nylig i Videnskabens fremskridt .

Træer, buske og andre planter er ekstremt effektive til at omdanne vand og kuldioxid til ilt og glukose, en type sukker, ved hjælp af fotosyntese. At kende de grundlæggende fysiske mekanismer involveret og udnytte dem til andre generelle anvendelser ville give enorme fordele for menneskeheden. Sollysets energi kunne bruges til at generere brint fra vand som brændstof til biler, for eksempel. Brug af lysdrevne processer som dem, der er involveret i fotosyntese i kemiske reaktioner, kaldes fotokatalyse.

Plasmoner:Elektroner, der oscillerer synkront

Forskere bruger almindeligvis metalliske nanopartikler til at fange og udnytte lys til kemiske processer. Ved at udsætte nanopartikler for lys i fotokatalyse dannes såkaldte plasmoner. Plasmoner er kollektive svingninger af frie elektroner i materialet. "Plasmoner fungerer som antenner for synligt lys, " forklarede professor Carsten Sönnichsen fra Mainz Universitet. de fysiske processer involveret i fotokatalyse, der involverer sådanne nano-antenner, mangler endnu at blive forstået i detaljer. Holdene på JGU og Rice University har nu kastet lidt lys over denne gåde.

Kandidatstuderende Benjamin Förster og hans vejleder Carsten Sönnichsen har undersøgt denne proces mere indgående. Förster koncentrerede sig primært om at bestemme, hvordan oplyste plasmoner reflekterer lys og med hvilken intensitet. Hans teknik anvendte to meget specielle thiolisomerer, molekyler, hvis strukturer er arrangeret som et bur af kulstofatomer. Inden for den burlignende struktur af molekylerne er to boratomer. Ved at ændre placeringen af ​​boratomerne i de to isomerer, forskerne var i stand til at variere dipolmomenterne, med andre ord, den rumlige ladningsadskillelse over burene.

Dette førte til en interessant opdagelse:Hvis de anvendte de to typer bure på overfladen af ​​metalnanopartikler og exciterede plasmoner ved hjælp af lys, plasmonerne reflekterede forskellige mængder lys afhængigt af hvilket bur der var på overfladen. Kort sagt, den kemiske natur af molekylerne placeret på overfladen af ​​guldnanopartikler påvirkede plasmonernes lokale resonans, fordi molekylerne også ændrer guldnanopartiklernes elektroniske struktur.