Os pesquisadores da EPFL desenvolveram uma ferramenta de imagem óptica para visualizar a química da superfície em tempo real. Eles imaginaram a química interfacial na geometria microscopicamente confinada de um micro-capilar de vidro simples. O vidro é coberto com grupos hidroxila (-OH) que podem perder um próton - uma reação química muito estudada que é importante em geologia, química e tecnologia. Um capilar de 100 mícrons exibiu uma notável propagação na constante de dissociação da ligação OH de superfície de um fator de um bilhão. A pesquisa foi publicada em Ciência .

Geológico, catalítico, processos biológicos e químicos são impulsionados por heterogeneidades químicas de superfície, campos eletrostáticos e fluxo. Para entender esses processos e permitir o desenvolvimento de novos materiais e microtecnologia, pesquisadores do Laboratório de BioFotônica Fundamental (LBP) da EPFL desenvolveram um microscópio que pode rastrear, em tempo real, mudanças espaciais tridimensionais na estrutura molecular e química de sistemas confinados, como superfícies curvas e poros. O microscópio foi usado para obter imagens da estrutura química da superfície do interior de um microcapilar de vidro. Mapas de potencial de superfície foram construídos a partir de imagens de milissegundos, e a constante de reação química de cada pixel de 188 nm de largura foi determinada. Surpreendentemente, este sistema muito simples - que é usado em muitos dispositivos - exibiu uma distribuição notável na heterogeneidade da superfície. As descobertas dos pesquisadores foram publicadas na Science. Seu método será uma bênção para a compreensão da (eletro) química fundamental, processos geológicos e catalíticos e para a construção de novos dispositivos.

Imagem de segundo harmônico

Sylvie Roke, diretora da Cátedra Julia Jacobi de Fotomedicina na EPFL, desenvolveu um conjunto único de ferramentas ópticas para estudar água e interfaces aquosas em nanoescala. Ela usa geração de segundo harmônico e soma de frequência, que são processos ópticos nos quais dois fótons de uma determinada cor são convertidos em uma nova cor. "O processo de segundo harmônico envolve fótons de femtossegundos de 1000 nm - ou seja, 0,00000000000001 segundos de rajadas de luz - sendo convertidas em fótons de 500 nm, e isso ocorre apenas nas interfaces, "diz Roke." Portanto, é ideal para microscopia interfacial. Infelizmente, o processo é muito ineficiente. Mas, usando uma série de truques ópticos, como imagem de campo amplo e modelagem de luz, fomos capazes de melhorar a taxa de transferência de imagem e a resolução, reduzindo o tempo de gravação de uma imagem de minutos para 250 milissegundos. "

Química de superfície surpreendente

Os pesquisadores então fotografaram a reação de desprotonação da interface capilar / água interna de sílica em tempo real. A sílica é um dos minerais mais abundantes da Terra, e sua interação com a água molda nosso clima e meio ambiente. Embora muitos pesquisadores tenham caracterizado as propriedades da interface sílica / água, não há consenso sobre sua reatividade química. Roke continua:"Nossos dados mostram por que há uma variação notável na reatividade da superfície, mesmo em uma porção muito pequena de um capilar. Nossos dados ajudarão no desenvolvimento de modelos teóricos mais eficazes na captura dessa surpreendente complexidade. Além disso, nosso método de imagem pode ser usado para uma ampla variedade de processos, como para analisar o funcionamento em tempo real de uma célula de combustível, ou para ver qual faceta estrutural de um mineral é mais quimicamente ativa. Poderíamos também obter mais informações sobre os nanocanais e os poros artificiais e naturais.