p Químicos da RIKEN descobriram por que a luz brilhante nas nanopartículas de prata faz com que as moléculas de oxigênio presas às suas superfícies se quebrem. Essa percepção ajudará os pesquisadores a projetar novos catalisadores que aproveitam a energia da luz. p Quando as nanopartículas de metal são iluminadas pela luz, as moléculas ligadas a eles reagem mais rápido do que o normal ou participam de reações que normalmente não sofreriam. Essas reações impulsionadas pela luz são uma maneira promissora de converter a luz solar em energia química, mas sua aplicação está sendo retida devido ao fato de que ninguém sabe exatamente como eles ocorrem.

p O que se sabe é que brilhar a luz em uma nanopartícula de metal excita os elétrons de condução no metal, fazendo-os dançar em sincronia um com o outro. Esses plasmons de superfície localizados, como são chamados, intensificar o campo elétrico próximo à nanopartícula. Alguns femtossegundos depois (um femtossegundo =10 ^-15 segundo), um elétron energético ('quente') e um buraco (um elétron ausente) se formam na nanopartícula. Finalmente, o plasmon decai, liberando calor.

p Como essa série de eventos ocorre muito rapidamente em uma escala minúscula, é extremamente difícil determinar qual aspecto - o campo elétrico aprimorado do plasmon de superfície, os elétrons quentes e buracos, ou o calor - desempenha o papel principal em uma reação específica induzida pela luz.

p Agora, Emiko Kazuma do Laboratório de Ciências de Superfície e Interface RIKEN e seus colegas de trabalho mostraram que, no caso de moléculas de oxigênio adsorvidas em superfícies de prata, o fator crítico são os elétrons quentes e lacunas, com os buracos contribuindo com muito mais do que os elétrons. Ligado a isso, eles descobriram que a estrutura eletrônica da molécula adsorvida é um dos fatores mais importantes na determinação do mecanismo de reação.

p Para fazer essas descobertas, a equipe usou um microscópio de tunelamento de varredura (STM) para obter imagens de moléculas de oxigênio únicas nas superfícies de prata e induzir a reação ao excitar um plasmon de superfície na lacuna entre a superfície de prata e uma ponta de ouro STM com irradiação de luz. A capacidade de criar imagens de moléculas individuais foi crucial para seu sucesso. "Praticamente todos os grupos que atuam na área de reações plasmônicas estão usando técnicas macroscópicas, como cromatografia gasosa e espectroscopia de infravermelho, que medem parâmetros médios, "diz Kazuma." Mas como os plasmons estão fortemente localizados perto da superfície do metal, queríamos visualizar a reação naquela área minúscula para descobrir o mecanismo. "

p A equipe pretende usar suas descobertas para manipular o caminho da reação. "Até aqui, nossos estudos têm se concentrado em revelar o mecanismo de reação, mas na próxima etapa, tentaremos controlar a reação ajustando a estrutura eletrônica da molécula adsorvida, "diz Kazuma.