Configuración para espectroscopía de reflexión total atenuada en terahercios de resolución temporal (TR-ATR). Crédito:Universidad de Osaka
Un equipo de investigadores de la Universidad de Osaka, en cooperación con el Instituto de Tecnología de Tokio, Transferencia de carga e interacciones intermoleculares observadas directamente en la fotosíntesis artificial que ocurre en una escala de picosegundos (ps) (10 -12 ). Con espectroscopía de reflexión total atenuada resuelta en el tiempo (TR-ATR) en la región de terahercios (THz), revelaron el proceso de material de fotosíntesis artificial [Re (CO) 2 (bpy) {P (OEt) 3 } 2 ] (PF 6 ) en disolvente de trietanolamina (TEOA) como reductor. Los resultados de su investigación se publicaron en Informes científicos .
Fotosíntesis artificial, o una reacción fotocatalítica para producir energía química a partir de óxido de carbono (CO 2 ) y ligero, es, como con una batería solar, una energía limpia prometedora de próxima generación. En particular, la reacción fotocatalítica que utiliza complejos de renio (Re) es muy eficaz. Para crear moléculas fotocatalíticas eficientes, es necesario examinar cómo se produce la reacción fotocatalítica en una escala de tiempo de picosegundos. Sin embargo, era imposible observar directamente varios fenómenos en la reacción fotocatalítica.
Los investigadores intentaron obtener información sobre los cambios en las posiciones relativas de las moléculas y la transferencia de carga mediante el uso de espectroscopía de reflexión total atenuada resuelta en el tiempo (TR-ATR). Las moléculas fotocatalíticas que absorben la luz facilitan el CO 2 reducción a CO, llevándolo a un nivel de energía superior. Examinaron cómo se producía la transferencia de carga del reductor TEOA al Re en una reacción fotocatalítica.
Porque el uso de ondas THz, cuya frecuencia es inferior a la de la luz visible y la luz infrarroja, revela cambios en las vibraciones intermoleculares (es decir, energías de unión entre dos moléculas vecinas) en la región THz (baja frecuencia), esto permite observar cómo se mueven las moléculas de TEOA alrededor del complejo Re y cómo se produce la transferencia de electrones.
Las figuras esquemáticas de la evolución temporal del I al III de la interacción entre fotocatalizadores [Re (CO) 2 (bpy) {P (OEt) 3 } 2 ] + como fotocatalizador y moléculas de TEOA como reductores. Crédito:Universidad de Osaka
Sin embargo, Dado que la mayoría de los disolventes utilizados en estudios fotocatalíticos tienen una alta intensidad de absorción en la región THz, es difícil observar Re en el solvente TEOA. Por lo tanto, El equipo combinó la espectroscopia de reflexión total atenuada y la espectroscopia de dominio de tiempo THz para llevar a cabo TR-ATR en la región THz.
Además, para realizar las mediciones ultrarrápidas con resolución temporal, combinaron espectroscopia de sonda de bomba con TR-ATR, observando cómo se mueven las moléculas de TEOA y cómo se produce la transferencia de electrones en una escala de tiempo de picosegundos durante una reacción fotocatalítica, una primicia mundial. En espectroscopia de sonda de bomba, un pulso de bomba con la longitud de onda de 400 nm excitó una muestra y luego se usó un pulso de sonda (pulso THz) para sondar la muestra después de un tiempo de retardo ajustable. Como resultado, Pudieron revelar el modo vibracional intermolecular con un proceso de relajación de tres pasos en una escala de tiempo de picosegundos después de la fotoexcitación:
El profesor Kimura de la Universidad de Osaka dice:"El uso de luz THz nos permite observar el papel del reductor en la reacción fotocatalítica. La espectroscopía TR-ATR en la región THz ayudará a desarrollar reacciones fotocatalíticas altamente eficientes. La observación del movimiento relativo entre dos moléculas y la dinámica de carga por espectroscopía ayudará a la investigación sobre varios procesos de reacción en los campos de la biología y la química ".
