Los autores del artículo que trabajan en el laboratorio:Lauren Heald, Scott Sayres, Jake García. Crédito:Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona
Los fotocatalizadores son materiales útiles, con una gran variedad de aplicaciones medioambientales y energéticas, incluida la purificación del aire, tratamiento de aguas, superficies autolimpiables, pinturas y revestimientos que combaten la contaminación, producción de hidrógeno y CO 2 conversión a combustibles sostenibles.
Un fotocatalizador eficiente convierte la energía luminosa en energía química y proporciona esta energía a una sustancia que reacciona, para ayudar a que ocurran las reacciones químicas.
Uno de los materiales más útiles se conoce como óxido de titanio o titania, muy buscado por su estabilidad, eficacia como fotocatalizador y no toxicidad para los seres humanos y otros organismos biológicos.
En una nueva investigación que aparece en el Revista de letras de química física , Scott Sayres y su grupo de investigación describen sus investigaciones sobre la dinámica molecular de los cúmulos de titania.
Dicha investigación es un paso básico hacia el desarrollo de fotocatalizadores más eficientes.
La clave de tales avances es la capacidad de extender el tiempo que los electrones dentro del material persisten en un estado excitado, ya que esta duración fugaz es cuando la titania puede actuar como un fotocatalizador eficaz.
Probar el comportamiento de un fotocatalizador con gran detalle, sin embargo, es un esfuerzo complicado. Los grupos tienen un nanómetro o menos de tamaño (o 1/100, 000th del ancho de un cabello humano) y los movimientos de los electrones dentro de las moléculas en estudio tienen lugar en escalas de tiempo asombrosamente breves, medido en femtosegundos (o una millonésima de mil millonésima de segundo).
El grupo de Sayres aplica una secuencia de pulsos de láser para medir la fotodinámica de titania neutra (TiO2) n conglomerados a través de una técnica llamada espectroscopia de bomba-sonda de femtosegundos. Los pequeños cambios en la disposición de los átomos provocan cambios en los movimientos de los electrones (e-) y los huecos (h +). Crédito:Instituto de Biodiseño de la Universidad Estatal de Arizona
El nuevo estudio explora cúmulos neutrales (sin carga) de titania por primera vez, rastreando los movimientos sutiles de la energía usando un láser de femtosegundos y una técnica conocida como espectroscopia de bomba-sonda. "Tratamos a nuestros láseres como cámaras, "Dice Sayres." Tomamos fotografías de dónde fluye la energía a lo largo del tiempo ".
Sayres, investigador del Biodesign Center for Applied Structural Discovery, describe la importancia del estudio actual:
"Hemos examinado los bloques de construcción más pequeños posibles de titania para comprender la relación de cómo los pequeños cambios en la estructura atómica del material influyen en la vida útil del estado excitado y el flujo de energía. Aprender cómo sucede esto puede ayudar a rediseñar mejores fotocatalizadores en el futuro".
