Uma equipe de pesquisa na Universidade Ehime encontrou um rendimento de reação de abertura de anel drasticamente amplificado em coloides de nanopartículas aquosas de um diarileteno fotocrômico quando induzido por um pulso de laser intenso de nanossegundos, e esclareceu seu mecanismo de amplificação. Os resultados foram publicados em 4 de julho, 2020, no Comunicações Químicas e apareceu na contracapa do jornal.

As moléculas orgânicas em um sólido têm um ambiente diferente de uma molécula em solução por causa dos movimentos / vibrações moleculares restritos e das interações eletronicamente mútuas entre as moléculas vizinhas. Espera-se que os sólidos orgânicos apresentem diferentes reações fotoquímicas e propriedades fotofísicas da solução. Especialmente, irradiação de luz com alta densidade de fótons, como um laser de pulso ultracurto para o sólido, permite interações entre multi-cromóforo e multi-fótons, levando a novas reações fotoquímicas que não podem ser realizadas por irradiação de luz convencional.

Neste estudo, os pesquisadores se concentraram em um derivado de diarileteno como uma amostra sólida orgânica. Derivados de diarileteno, sintetizado pela primeira vez pelo Prof. Irie na Universidade de Kyushu mostra uma transformação reversível fotoinduzida entre uma forma aberta incolor e uma forma fechada colorida. O rearranjo da ligação química durante a fototransformação induz rapidamente não só a mudança de cor, mas também de várias propriedades físicas e químicas, como espectros de fluorescência, índices de refração, potenciais de oxidação / redução, e propriedades quirais. Recentemente, muitos pesquisadores em todo o mundo relataram que os cristais de diarileteno mostraram funções fotomecânicas, utilizando suas mudanças de forma, como expansão / encolhimento, e curvando-se e enrolando-se pela luz. Portanto, derivados de diarileteno têm atraído muita atenção como um material de conversão de fotoenergia de próxima geração.

Neste estudo, pesquisadores prepararam coloides de nanopartículas aquosas de um derivado de diarileteno de forma fechada pelo método de reprecipitação, e examinou o rendimento da reação de abertura do anel de formas fechadas para abertas após a irradiação de um pulso de laser de nanossegundos de disparo único (comprimento de onda de excitação; 532 nm, Duração do pulso; 6 ns). Como resultado, o rendimento da reação das nanopartículas apresentou um aumento de terceira ordem com a fluência do laser, enquanto o da solução aumentou monotonamente. Isso é, os pesquisadores descobriram pela primeira vez que o aumento não linear do rendimento da reação pelo pulso de laser de nanossegundos foi observado apenas na nanopartícula. O mecanismo da reação de abertura do anel amplificado pode ser explicado por um "efeito fotossinergético" acoplado à conversão fototérmica em nanoescala e a reação fotoquímica em uma nanopartícula, com base nos resultados das espectroscopias de estado estacionário e resolvidas no tempo.

Diferente do simples efeito da temperatura, o efeito de aquecimento do laser em nanoescala, isto é, conversão fototérmica da molécula excitada e condução térmica na escala de comprimento nanométrico, Tem um papel importante. Brevemente, uma molécula de forma fechada excitada por um fóton em um pulso ns aquecido moléculas circundantes (gerando um aglomerado quente consistindo de várias moléculas com altas temperaturas). Quando outra molécula no aglomerado quente absorve outro fóton do mesmo pulso, a reação de abertura do anel intensificada ocorreria sob tal condição transitória de alta temperatura.

Este processo depende da interação mútua entre um multi-cromóforo e um multi-fóton, que pode ser induzido pela combinação de um sólido orgânico com alta densidade molecular e um pulso de laser ns com alta densidade de fótons. Estes resultados irão aprofundar a compreensão da "resposta fotossinergética" característica de novas reações induzidas por laser de materiais fotofuncionais sólidos.