Los químicos de RIKEN han descubierto por qué la luz brillante sobre las nanopartículas de plata hace que las moléculas de oxígeno adheridas a sus superficies se rompan. Esta información ayudará a los investigadores a diseñar nuevos catalizadores que aprovechen la energía de la luz.

Cuando las nanopartículas metálicas se iluminan con luz, las moléculas unidas a ellos reaccionan más rápido de lo habitual o participan en reacciones que normalmente no sufrirían. Tales reacciones impulsadas por la luz son una forma prometedora de convertir la luz solar en energía química, pero su aplicación se está retrasando debido al hecho de que nadie está exactamente seguro de cómo ocurren.

Lo que se sabe es que la luz brillante en una nanopartícula de metal excita los electrones de conducción en el metal, haciéndolos bailar en sincronía entre sí. Estos plasmones de superficie localizados, como se les llama, intensificar el campo eléctrico cerca de la nanopartícula. Unos femtosegundos más tarde (un femtosegundo =10 ⁻¹⁵ segundo), un electrón energético ('caliente') y un agujero (un electrón faltante) se forman en la nanopartícula. Finalmente, el plasmón decae, liberando calor.

Debido a que esta serie de eventos ocurre muy rápidamente en una escala diminuta, Es extremadamente difícil determinar qué aspecto:el campo eléctrico mejorado del plasmón de superficie, los electrones calientes y los agujeros, o el calor:juega el papel más importante en una reacción particular inducida por la luz.

Ahora, Emiko Kazuma en el Laboratorio de Ciencias de Interfaces y Superficies RIKEN y sus compañeros de trabajo han demostrado que, en el caso de moléculas de oxígeno adsorbidas en superficies plateadas, el factor crítico son los electrones calientes y los huecos, con los agujeros contribuyendo mucho más que los electrones. Vinculado a esto, encontraron que la estructura electrónica de la molécula adsorbida es uno de los factores más importantes para determinar el mecanismo de reacción.

Para hacer estos hallazgos, El equipo utilizó un microscopio de barrido de túnel (STM) para obtener imágenes de moléculas de oxígeno individuales en las superficies plateadas e inducir la reacción excitando un plasmón de superficie en el espacio entre la superficie plateada y una punta STM de oro con irradiación de luz. La capacidad de obtener imágenes de moléculas individuales fue crucial para su éxito. "Prácticamente todos los grupos que trabajan en el área de reacciones plasmónicas están utilizando técnicas macroscópicas como la cromatografía de gases y la espectroscopia infrarroja que miden parámetros promediados, ", dice Kazuma." Pero debido a que los plasmones están muy localizados cerca de la superficie del metal, queríamos visualizar la reacción en esa pequeña área para descubrir el mecanismo ".

El equipo tiene la intención de utilizar sus hallazgos para manipular la vía de reacción. "Hasta aquí, nuestros estudios se han centrado en revelar el mecanismo de reacción, pero en el siguiente paso intentaremos controlar la reacción sintonizando la estructura electrónica de la molécula adsorbida, "dice Kazuma.