La chimica della fotosintesi è ancora poco conosciuta. Però, i ricercatori della Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) in Germania e della Rice University di Houston hanno ora scoperto un pezzo importante del puzzle. I loro risultati sono stati pubblicati di recente in Progressi scientifici .

Alberi, cespugli e altre piante sono estremamente efficienti nel convertire acqua e anidride carbonica in ossigeno e glucosio, un tipo di zucchero, per mezzo della fotosintesi. Conoscere i meccanismi fisici fondamentali coinvolti e sfruttarli per altre applicazioni generali fornirebbe enormi benefici per l'umanità. L'energia della luce solare potrebbe essere utilizzata per generare idrogeno dall'acqua come combustibile per le automobili, Per esempio. L'utilizzo di processi guidati dalla luce come quelli coinvolti nella fotosintesi nelle reazioni chimiche è chiamato fotocatalisi.

Plasmoni:elettroni che oscillano in sincronia

Gli scienziati usano comunemente nanoparticelle metalliche per catturare e sfruttare la luce per i processi chimici. L'esposizione delle nanoparticelle alla luce nella fotocatalisi forma i cosiddetti plasmoni. I plasmoni sono oscillazioni collettive di elettroni liberi nel materiale. "I plasmoni agiscono come antenne per la luce visibile, " ha spiegato il professor Carsten Sönnichsen dell'Università di Mainz. Tuttavia, i processi fisici coinvolti nella fotocatalisi che coinvolgono tali nano-antenne devono ancora essere compresi in dettaglio. I team della JGU e della Rice University hanno ora fatto luce su questo enigma.

Il dottorando Benjamin Förster e il suo supervisore Carsten Sönnichsen hanno studiato questo processo in modo più approfondito. Förster si è concentrato principalmente sulla determinazione del modo in cui i plasmoni illuminati riflettono la luce e con quale intensità. La sua tecnica impiegava due isomeri tiolici molto particolari, molecole le cui strutture sono disposte come una gabbia di atomi di carbonio. All'interno della struttura a gabbia delle molecole ci sono due atomi di boro. Alterando le posizioni degli atomi di boro nei due isomeri, i ricercatori sono stati in grado di variare i momenti di dipolo, in altre parole, la separazione di carica spaziale sulle gabbie.

Ciò ha portato a una scoperta interessante:se applicassero i due tipi di gabbie alla superficie di nanoparticelle metalliche e plasmoni eccitati usando la luce, i plasmoni riflettevano diverse quantità di luce a seconda di quale gabbia si trovasse attualmente in superficie. In breve, la natura chimica delle molecole situate sulla superficie delle nanoparticelle d'oro ha influenzato la risonanza locale dei plasmoni perché le molecole alterano anche la struttura elettronica delle nanoparticelle d'oro.