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    Guardare la luce abbattere un fotocatalizzatore modello quasi in tempo reale

    Rappresentazione del meccanismo proposto per la rottura del pentacarbonile di ferro quando esposto alla luce ultravioletta a una lunghezza d'onda di 199 nanometri. Credito:Research Publishing International Ltd.

    I chimici creano catalizzatori da utilizzare nell'industria e in altre applicazioni. Uno dei metodi per creare questi catalizzatori consiste nell'utilizzare la luce per scomporre i composti organometallici, sostanze che includono sia metalli che carbonio. Questi tipi di composti sono chiamati fotocatalizzatori. Gli scienziati chiamano il processo di scomposizione delle molecole con la luce, fotodissociazione. I ricercatori studiano spesso la fotodissociazione del pentacarbonile di ferro come modello per comprendere altri catalizzatori. Questo studio ha utilizzato un metodo chiamato spettroscopia a infrarossi ultraveloci (IR) per studiare come la luce ultravioletta fotodissocia il pentacarbonile di ferro in fase gassosa.

    I ricercatori sanno molto sulla fotochimica del ferro pentacarbonile in fase di soluzione. Però, gli scienziati hanno bisogno di studi combinati sperimentali e teorici in fase gassosa per studiare il ruolo della complessa struttura elettronica della molecola sui suoi processi di fotodissociazione, che può aiutare gli scienziati a comprendere meglio come gli effetti dei solventi modificano le dinamiche di reazione. Questa ricerca fornisce nuove importanti informazioni sui meccanismi, energetica, e tempi di fotodissociazione del ferro pentacarbonile in fase gassosa. Queste conoscenze scientifiche fondamentali possono aiutare gli scienziati a progettare nuovi fotocatalizzatori organometallici per l'industria e altre applicazioni.

    Pentacarbonile di ferro [Fe(CO) 5 ] interagisce con la luce ultravioletta (UV) per produrre specie catalitiche reattive che attivano determinati legami chimici. In questo studio, i ricercatori hanno studiato i meccanismi della rottura indotta dai raggi UV del pentacarbonile di ferro nella fase gassosa utilizzando la spettroscopia IR ultraveloce combinata con calcoli di chimica quantistica di alto livello. Hanno esposto il pentacarbonile di ferro in fase gassosa alla luce UV in un impulso di 265 nanometri o 199 nanometri, e poi ha eseguito la spettroscopia IR transitoria. Questo uso della spettroscopia IR ultraveloce ha consentito di misurare rapidi cambiamenti chimici in tempo reale.

    L'irradiazione di ferro pentacarbonile a 265 nm produce un intermedio di breve durata, ferro tetracarbonile [Fe(CO) 4 ] in uno stato eccitato singoletto. Questa ricerca ha identificato questo intermedio, fornendo prove per il meccanismo di dissociazione sequenziale precedentemente postulato. La perdita di un altro carbonile (gruppo CO) porta alla formazione di ferro tricarbonile [Fe(CO) 3 ] in uno stato eccitato di singoletto su una scala temporale di 3,4 picosecondi. Quindi, in circa 10 picosecondi, la ricerca ha trovato prove della ridistribuzione dell'energia o dell'evoluzione strutturale del Fe(CO) 3 . Studi sull'irradiazione a 199 nanometri suggeriscono la produzione di Fe(CO) eccitato da singoletto 3 in meno di 0,3 picosecondi, seguito dall'incrocio intersistemico con gli stati di tripletta terrestre di Fe(CO) 3 o ferro dicarbonile [Fe(CO) 2 ] su una scala temporale di 15 picosecondi. Questi risultati indicano meccanismi di eliminazione del carbonile che coinvolgono specie eccitate elettronicamente e vibrazionalmente.


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