Un equipo de investigación de la Universidad de Ehime encontró un rendimiento de reacción de apertura de anillo drásticamente amplificado en coloides de nanopartículas acuosas de un diarileteno fotocrómico cuando es inducido por un pulso láser intenso de nanosegundos. y aclaró su mecanismo de amplificación. Los hallazgos fueron publicados el 4 de julio de 2020, en Comunicaciones químicas y apareció en la contraportada de la revista.

Las moléculas orgánicas en un sólido tienen un entorno diferente al de una molécula en solución debido a los movimientos / vibraciones moleculares restringidos y las interacciones mutuas electrónicamente entre moléculas vecinas. Se espera que los sólidos orgánicos muestren diferentes reacciones fotoquímicas y propiedades fotofísicas de la solución. Especialmente, la irradiación de luz con alta densidad de fotones, como un láser de pulso ultracorto al sólido, permite interacciones entre multicromóforos y multifotones, dando lugar a nuevas reacciones fotoquímicas que no se pueden realizar mediante la irradiación de luz convencional.

En este estudio, los investigadores se centraron en un derivado de diarileteno como muestra de sólido orgánico. Derivados de diarileteno, Sintetizados por primera vez por el profesor Irie en la Universidad de Kyushu, muestran una transformación reversible fotoinducida entre una forma abierta incolora y una forma cerrada de color. El reordenamiento del enlace químico durante la fototransformación induce rápidamente no solo el cambio de color sino también de diversas propiedades físicas y químicas, como los espectros de fluorescencia, indíces refractivos, potenciales de oxidación / reducción, y propiedades quirales. Recientemente, muchos investigadores en el mundo informaron que los cristales de diarileteno mostraron funciones fotomecánicas al utilizar sus cambios de forma, como la expansión / contracción, y doblarse y rizarse por la luz. Por lo tanto, Los derivados de diarileteno han atraído mucha atención como material de conversión de fotoenergía de próxima generación.

En este estudio, Los investigadores prepararon coloides de nanopartículas acuosas de un derivado de diarileteno de forma cerrada mediante el método de reprecipitación. y examinó el rendimiento de la reacción de apertura del anillo de formas cerradas a abiertas después de la irradiación de un pulso láser de nanosegundos de disparo único (longitud de onda de excitación; 532 nm, Duración del pulso; 6 ns). Como resultado, el rendimiento de reacción de las nanopartículas mostró un aumento de tercer orden con la fluencia del láser, mientras que el de la solución aumentaba monótonamente. Es decir, Los investigadores encontraron por primera vez que el aumento no lineal del rendimiento de la reacción por el pulso de láser de nanosegundos se observó solo en la nanopartícula. El mecanismo de la reacción de apertura de anillo amplificada podría explicarse por un "efecto fotosinérgico" junto con la conversión fototérmica a nanoescala y la reacción fotoquímica en una nanopartícula, sobre la base de los resultados de las espectroscopias de estado estacionario y de resolución temporal.

A diferencia del simple efecto de la temperatura, el efecto de calentamiento del láser a nanoescala, es decir, conversión fototérmica de la molécula excitada y conducción térmica en la escala de longitud nanométrica, Juega un papel importante. Brevemente, una molécula de forma cerrada excitada por un fotón en un pulso ns calentó las moléculas circundantes (generando un grupo caliente que consta de varias moléculas con altas temperaturas). Cuando otra molécula del cúmulo caliente absorbe otro fotón del mismo pulso, la reacción mejorada de apertura del anillo tendría lugar bajo tal condición transitoria de alta temperatura.

Este proceso depende de la interacción mutua entre un multicromóforo y un multifotón, que puede ser inducida por la combinación de un sólido orgánico con alta densidad molecular y un pulso láser ns con alta densidad de fotones. Estos resultados profundizarán la comprensión de la "respuesta fotosinérgica" característica de las nuevas reacciones inducidas por láser de materiales fotofuncionales sólidos.