p A indústria química consome muita energia, não apenas para iniciar reações, mas também para separar produtos de subprodutos. Em um campo emergente de pesquisa promissor, cientistas em todo o mundo estão tentando usar antenas em nanoescala para capturar e concentrar luz em pequenos volumes, a fim de iniciar reações químicas de forma mais eficiente e sustentável. p Pesquisadores da AMOLF desvendaram como essas antenas em nanoescala aumentam a taxa de reações químicas. Eles também descobriram que o uso de cores diferentes de luz pode causar reações químicas completamente diferentes.

p “Essa pesquisa ainda é muito fundamental, mas mostra que seria possível projetar um reator químico movido a luz solar com essas nanoantenas e no qual diferentes reações - e, portanto, diferentes produtos finais - podem ser escolhidos. Isso tem implicações econômicas e ambientais potencialmente enormes, "diz Eitan Oksenberg, um pós-doutorado no grupo Nanoscale Solar Cells liderado por Erik Garnett na AMOLF. Eles publicarão essas descobertas em Nature Nanotechnology em 4 de outubro, 2021.

p Na interface da química e da óptica, surgiu recentemente um novo campo de pesquisa que investiga o processo da chamada fotocatálise plasmônica. Nesse processo, a capacidade excepcional de nanoestruturas de metal para concentrar luz em volumes sub-nanoescala é usada para iniciar reações químicas. “Essa pesquisa ainda é fundamental, mas o conceito é muito atraente. Uma razão para isso é que muitas reações químicas industriais já são catalisadas na superfície dos metais, "diz Oksenberg." A ideia é que, se você concentrar a luz ambiente em volumes muito pequenos, você obtém pontos quentes de reação em que a alta temperatura ou pressão não são necessárias para que ocorra uma reação química eficiente. "

p Resolvendo ambigüidades

p Por mais emocionante que seja, o progresso no campo é prejudicado pela ambigüidade em torno do mecanismo exato que impulsiona a reação química. Oksenberg:"Quando as partículas de metal em nanoescala são expostas à cor certa de luz, eles atuam como antenas que capturam e concentram a luz em um volume muito pequeno, que pode conduzir a uma reação química. Os cientistas ainda estão debatendo se tais reações são impulsionadas diretamente pela luz concentrada, pelos elétrons de alta energia formados no metal, ou pelo calor que se acumula no metal quando os elétrons dissipam sua energia. "

p Ajustando reações químicas

p Oksenberg e seus colegas desenvolveram uma maneira de discriminar experimentalmente entre os diferentes mecanismos de direção possíveis. "Não é fácil sondar o que está acontecendo na superfície das nanopartículas de metal porque a antena mostra uma interação muito mais forte com a luz do que as moléculas que sofrem a reação química, "ele explica." No entanto, quando as moléculas mudam na superfície da nanopartícula de metal, eles causam pequenas mudanças na antena, como sua cor e largura de banda. Ao medir a reflexão da luz de mais de mil nanopartículas de metal individuais, podemos monitorar de perto essas mudanças ao longo do tempo para ter um vislumbre da cinética da reação química. "

p Os pesquisadores esperavam descobrir como exatamente as reações químicas são intensificadas por nanoantenas de metal, mas descobriram que existem várias maneiras. "Mesmo em nosso sistema químico muito simples, vimos que diferentes mecanismos de direção ocorrem em diferentes cores de luz, levando a reações químicas distintas. Isso significa que é possível ajustar os produtos da reação química escolhendo a cor da luz. "

p Química Seletiva

p Esta descoberta é muito promissora para aplicações futuras usando antenas de nanopartículas metálicas em química. Notas de Oksenberg, "Como cientista, Estou entusiasmado com a capacidade de sintonizar uma reação química com a luz e com a riqueza da química que estamos apenas começando a descobrir. Se pudermos expandir nossa pesquisa para outras cores de luz fora do espectro visível, podemos até encontrar vias químicas inteiramente novas que podem ser desencadeadas por ressonâncias plasmônicas. Isso tem o potencial de se tornar uma tecnologia disruptiva. Um reator químico baseado nos princípios que descobrimos, não é apenas muito rápido e específico, mas também requer condições muito simples, como a temperatura ambiente, embora precise apenas da luz solar como fonte de energia. A possibilidade de tornar a indústria química mais eficiente e sustentável com este conceito, tem enormes implicações econômicas e ambientais. "