Mecanismos de excitação para reações químicas induzidas por plasmon. (A) Mecanismo de transferência indireta de elétrons quentes. Elétrons quentes (e−) gerados via decaimento não radiativo de um LSP transferido para formar os estados TNI da molécula. (B) Mecanismo de excitação intramolecular direto. O LSP induz excitação direta do estado ocupado para o estado desocupado do adsorbato. (C) Mecanismo de transferência de carga. Os elétrons são transferidos por ressonância do metal para a molécula. Crédito: Ciência (2018). DOI:10.1126 / science.aao0872
Uma equipe de pesquisadores do Japão, A Coreia e os EUA encontraram uma maneira de demonstrar um exemplo de plasmons que causam diretamente mudanças em uma molécula. Em seu artigo publicado na revista Ciência , o grupo descreve sua técnica e o que aprenderam com ela.
Os cientistas continuam a procurar maneiras de tornar a energia solar mais eficiente, como dispositivos fotocatalíticos baseados em ressonância de plasmon. Plasmons são, claro, oscilações de elétrons perto da superfície de um material. Eles são relevantes para aplicações de energia solar porque podem ser acionados por fótons. Mas como esse processo funciona ainda está sob investigação. Pesquisas anteriores sugeriram que as reações excitadas pelo plasmon são devidas aos elétrons de alta energia que são gerados à medida que os plasmons decaem. Mas neste novo esforço, os pesquisadores descobriram que é possível impactar moléculas diretamente usando plasmons.
A técnica envolvia o uso de um microscópio de tunelamento de varredura para observar uma reação causada pela excitação do plasmon. Eles apontaram a ponta da sonda do microscópio para uma única molécula de dissulfeto de dimetila no topo de uma base de metal. Os pesquisadores notaram que a molécula formou uma saliência elíptica ao se posicionar em um campo plasmônico. A equipe então iluminou a molécula com diferentes comprimentos de onda, que causou mudanças nos plasmons ao seu redor. Essas mudanças, por sua vez, causou uma mudança na molécula de dissulfeto de dimetila. Ele se separou em duas saliências redondas. Esse, os pesquisadores sugerem, ocorreu porque os plasmons haviam quebrado a ligação que mantinha os componentes juntos. Eles observam que sua técnica não é consistente com a teoria de alta energia e sugerem que os plasmons foram realmente absorvidos pela molécula, o que levou ao enfraquecimento dos laços que o mantinham unido.
A equipe tem planos de testar sua técnica usando outras moléculas para aprender mais sobre quais tipos de reações podem ocorrer. A esperança deles é que, ao contrário de seu exemplo, outras reações não serão restringidas por requisitos especiais de temperatura e pressão. Tais condições são consideradas necessárias para uso em aplicações manufaturadas.
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