Gli autori dell'articolo che lavorano in laboratorio:Lauren Heald, Scott Sayres, Jake Garcia. Credito:The Biodesign Institute presso l'Arizona State University
I fotocatalizzatori sono materiali utili, con una miriade di applicazioni ambientali ed energetiche, compresa la purificazione dell'aria, trattamento delle acque, superfici autopulenti, pitture e rivestimenti anti-inquinamento, produzione di idrogeno e CO 2 conversione a combustibili sostenibili.
Un efficiente fotocatalizzatore converte l'energia luminosa in energia chimica e fornisce questa energia a una sostanza che reagisce, per aiutare le reazioni chimiche si verificano.
Uno dei materiali più utili è conosciuto come ossido di titanio o titanio, molto ricercato per la sua stabilità, efficacia come fotocatalizzatore e non tossicità per l'uomo e altri organismi biologici.
In una nuova ricerca che appare in Journal of Physical Chemistry Letters , Scott Sayres e il suo gruppo di ricerca descrivono le loro indagini sulla dinamica molecolare degli ammassi di titania.
Tale ricerca è un passo fondamentale verso lo sviluppo di fotocatalizzatori più efficienti.
La chiave di tali progressi è la capacità di estendere il tempo in cui gli elettroni all'interno del materiale persistono in uno stato eccitato, poiché questa fugace durata è quando la titania può agire come un efficiente fotocatalizzatore.
Sondando il comportamento di un fotocatalizzatore in dettaglio, però, è un'impresa difficile. I cluster sono un nanometro o meno di dimensioni (o 1/100, 000esimo della larghezza di un capello umano) e i movimenti degli elettroni all'interno delle molecole oggetto di studio avvengono su scale temporali sorprendentemente brevi, misurato in femtosecondi (o un milionesimo di miliardesimo di secondo).
Il gruppo Sayres applica una sequenza di impulsi laser per misurare la fotodinamica dei cluster di titania neutra (TiO2)n attraverso una tecnica chiamata spettroscopia a pompa di sonda a femtosecondi. Piccoli cambiamenti nella disposizione degli atomi causano cambiamenti nei movimenti degli elettroni (e-) e delle lacune (h+). Credito:The Biodesign Institute presso l'Arizona State University
Il nuovo studio esplora per la prima volta ammassi neutri (non caricati) di titania, tracciare i sottili movimenti di energia utilizzando un laser a femtosecondi e una tecnica nota come spettroscopia a pompa di sonda. "Trattiamo i nostri laser come macchine fotografiche, " Sayres dice. "Facciamo foto di dove l'energia scorre nel tempo".
Sayre, un ricercatore nel Centro di Biodesign per la Scoperta Strutturale Applicata, descrive il significato del presente studio:
"Abbiamo esaminato i più piccoli elementi costitutivi di titania per comprendere la relazione di come i piccoli cambiamenti nella struttura atomica del materiale influenzino la durata dello stato eccitato e il flusso di energia. Imparare come ciò accade può aiutare a riprogettare migliori fotocatalizzatori in futuro".
