Η πρώτη άμεση ματιά στο πώς το φως διεγείρει τα ηλεκτρόνια για να ξεκινήσει μια χημική αντίδραση

Για πρώτη φορά, οι επιστήμονες έχουν παρατηρήσει άμεσα πώς το φως προκαλεί χημικές αντιδράσεις από συναρπαστικά ηλεκτρόνια σε μόρια σε πραγματικό χρόνο.

Η πρωτοποριακή ανακάλυψη, που έγιναν από ερευνητές στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνιας, Berkeley, ξεκλειδώνει την πόρτα για την ανάπτυξη νέων τρόπων ελέγχου των χημικών αντιδράσεων με το φως.

"Αυτή είναι η πρώτη άμεση ματιά στο πώς τα ελαφριά ζευγάρια με μια χημική αντίδραση", δήλωσε ο ανώτερος συγγραφέας Daniel Neumark σε δελτίο τύπου. "Αυτό το επίπεδο ελέγχου των χημικών αντιδράσεων που χρησιμοποιούν το φως θα ανοίξουν νέες δυνατότητες για χημική σύνθεση και νέες κατευθύνσεις στον σχεδιασμό και την κατάλυση της ηλιακής ενέργειας".

Οι ερευνητές διερεύνησαν μια χημική αντίδραση που ονομάζεται κατακερματισμός Norrish Type II, στον οποίο ένα μόριο απορροφά το φως και στη συνέχεια διασπάται. Αυτή η αντίδραση είναι σημαντική σε πολλούς τομείς, συμπεριλαμβανομένης της ατμοσφαιρικής χημείας και της οργανικής σύνθεσης.

Για να παρατηρήσει αυτή την αντίδραση σε πραγματικό χρόνο, οι ερευνητές χρησιμοποίησαν μια τεχνική που ονομάζεται εξαιρετικά γρήγορη φασματοσκοπία φωτοηλεκτρονίου. Αυτή η τεχνική χρησιμοποιεί ένα λέιζερ για να διεγείρει τα ηλεκτρόνια σε ένα μόριο και στη συνέχεια να μετρά πόσο καιρό χρειάζεται για τα ηλεκτρόνια να ξεφύγουν από το μόριο. Με τη μέτρηση της χρονικής καθυστέρησης μεταξύ του παλμού λέιζερ και της εκπομπής ηλεκτρονίων, οι ερευνητές ήταν σε θέση να παρακολουθήσουν την πρόοδο της χημικής αντίδρασης.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι η αντίδραση αρχίζει με το μόριο που απορροφά ένα φωτόνιο φωτός, το οποίο ενθουσιάζει ένα ηλεκτρόνιο σε υψηλότερο επίπεδο ενέργειας. Αυτό το διεγερμένο ηλεκτρόνιο κινείται γύρω από το μόριο, προκαλώντας τους δεσμούς μεταξύ των ατόμων να εξασθενήσουν και τελικά να σπάσουν.

Η ομάδα λέει ότι τα αποτελέσματα της μελέτης τους θα μπορούσαν να οδηγήσουν στην ανάπτυξη νέων τρόπων ελέγχου των χημικών αντιδράσεων με το φως. Αυτό θα μπορούσε να έχει ένα ευρύ φάσμα εφαρμογών, από την ανάπτυξη νέων φαρμάκων και υλικών για τη βελτίωση της αποτελεσματικότητας της μετατροπής της ηλιακής ενέργειας.

Η μελέτη δημοσιεύεται στο περιοδικό Nature Chemistry.