Los óxidos de diferentes metales a menudo sirven como fotocatalizadores en varios sistemas, como purificación de aire, reacciones de descomposición del agua e incluso en la producción de superficies autolimpiables para vidrios y espejos. Las propiedades físico-químicas de dichos materiales se pueden mejorar añadiendo nanopartículas, que convierten un óxido ordinario en un nanomaterial con nuevas capacidades. Para realizar esto con éxito, sin embargo, Es necesario comprender los procesos que ocurren a medida que se forma un nanocompuesto, y poder controlarlos. Los investigadores de la Universidad ITMO, junto con sus colegas de Francia y Estados Unidos, han demostrado cómo se puede utilizar un láser de femtosegundos para ajustar la estructura y las propiedades de los nanocompuestos de películas de dióxido de titanio llenas de nanopartículas de oro. El artículo fue publicado en la ACS Revista de química física C .

Hace tiempo, Los científicos e ingenieros crearon una serie de materiales especiales capaces de acelerar los procesos químicos cuando se exponen a la luz. Estos descubrimientos tienen grandes implicaciones para la industria:estos materiales se pueden utilizar en una amplia variedad de dispositivos, desde purificadores de aire hasta pilas de combustible. Uno de esos materiales prometedores es el dióxido de titanio, que se puede infundir con nanopartículas de oro para mejorar sus propiedades fotocatalíticas. La investigación en este campo está a cargo de investigadores de la Universidad ITMO.

De hecho, la fabricación de tales materiales compuestos sigue siendo un desafío. Se pueden crear películas delgadas de dióxido de titanio y nanopartículas de oro por separado, pero aún no se ha establecido el método de combinación de estos dos componentes. Existen ciertas dificultades para colocar nanopartículas dentro de las películas de óxido, y es aún más difícil controlar su tamaño y distribución. Un grupo internacional de investigadores, incluidos los de la Universidad ITMO, ha sugerido el uso de radiación láser para lograr este objetivo. "Si sometemos estos materiales a radiación láser, tanto las partículas de oro como las matrices de dióxido de titanio que las rodean cambian sus propiedades, "explica Maksim Sergeev, investigador asociado en ITMO.

Los investigadores de la Universidad ITMO y el Laboratorio Hubert Curien han realizado un experimento, donde películas delgadas de dióxido de titanio porífero se impregnaron con iones de oro formando rápidamente partículas en la escala de unos pocos nanómetros. Luego, el material se sometió a radiación láser. Resultó que con la irradiación láser de femtosegundos elegida correctamente, es posible controlar eficazmente el crecimiento de nanopartículas sin dañar el material. Por ejemplo, si el láser se mueve a muy baja velocidad, pueden formarse cavidades alrededor de las nanopartículas recién desarrolladas en la película de dióxido de titanio.

“Junto con investigadores de la Universidad de Arizona desarrollamos un modelo para explicar este efecto que nos ayudó a determinar el campo de temperatura en el material cuando fue sometido a radiación láser. El modelo consideró la absorción resonante en partículas metálicas, mejora del campo local, generación fotoinducida de electrones libres, y fotoemisión. El material resultó calentarse más cuando contenía partículas más pequeñas y más grandes, aunque su temperatura todavía no era lo suficientemente alta como para derretir o destruir el material para los parámetros láser elegidos correctamente, "elabora Tatiana Itina, Director de investigación del Laboratorio Hubert Curien del Centro Nacional de Investigaciones Científicas de Francia.

Como resultado de experimentos y simulaciones, Los investigadores ahora pueden comprender mejor los mecanismos detrás de la formación de películas de nanocompuestos y tienen más posibilidades de controlar sus propiedades. El uso de láseres para estos fines simplificará la producción de tales películas de dióxido de titanio "chapadas en oro", lo que facilitará su implementación en la industria. Ahora, sin embargo, la tecnología está lejos de estar lista y se están realizando estudios adicionales.