Wetenschap
Krediet:CC0 Publiek Domein
Een onderzoeksteam van de Universiteit van Tokyo heeft een krachtige methode geïntroduceerd voor het actief verbreken van chemische bindingen met behulp van excitaties in kleine antennes gemaakt door infraroodlasers. Dit proces kan toepassingen hebben in de chemie als een manier om chemische reacties in de gewenste richtingen te sturen. Vooral, de reacties die in de energie worden gebruikt, farmaceutisch, en productiesectoren kunnen veel efficiënter worden door de opbrengsten te verhogen en tegelijkertijd het afval te verminderen.
Chemie is een rommelige onderneming, aangezien er verschillende manieren kunnen zijn waarop de uitgangschemicaliën kunnen reageren, en elke route kan leiden tot de vorming van een ander product. Door de jaren heen, scheikundigen hebben veel hulpmiddelen ontwikkeld, waaronder het veranderen van de temperatuur, concentratie, pH, of oplosmiddel - om de reactie te stimuleren om de opbrengst van de gewenste moleculen te maximaliseren.
Echter, als het de mogelijkheid krijgt om selectief het maken of verbreken van individuele bindingen binnen een molecuul te beheersen, wetenschappers zouden de efficiëntie van deze reacties aanzienlijk kunnen verbeteren, terwijl ongewenste bijproducten worden geminimaliseerd. "In staat zijn om chemische reacties op moleculair niveau te beheersen, dat wil zeggen, het vermogen om selectief chemische bindingen te verbreken of te vormen, is een belangrijk doel voor fysisch chemici, ", zegt eerste auteur Ikki Morichika.
Een manier om te bepalen welke bindingen tijdens een chemische reactie worden verbroken, is door moleculen in trilling te brengen door ze te exciteren met infrarood laserlicht. Omdat elk type chemische binding een bepaalde golflengte van licht absorbeert, ze kunnen afzonderlijk worden geactiveerd. Helaas, het is moeilijk om voldoende energie door het monster te leveren om de vereiste trillingsintensiteit te genereren. Het team van de Universiteit van Tokyo was in staat om dit probleem op te lossen door kleine gouden antennes te fabriceren, elk slechts 300 nanometer breed, en door ze te verlichten met infrarood lasers. Wanneer infrarood licht van de juiste frequentie aanwezig was, de elektronen in de antennes oscilleerden heen en weer in resonantie met de lichtgolven, waardoor een zeer intens elektrisch veld ontstond.
Dit fenomeen wordt een "plasmonische resonantie, " en vereist dat de antennes precies de juiste vorm en grootte hebben. De plasmonische resonantie focuste de energie van de laser op nabijgelegen moleculen, die begon te trillen. De trilling werd verder versterkt door de golfvorm van de infraroodlaser zo vorm te geven dat de frequentie snel veranderde in de tijd, doet denken aan het fluiten van vogels. "Dit heeft met succes aangetoond dat de combinatie van ultrasnelle optica en nanoplasmonica nuttig is voor efficiënte, selectieve vibratie-excitatie, ", zegt senior auteur Satoshi Ashihara.
In de toekomst, deze techniek kan worden toegepast bij de productie van schonere brandstoffen of goedkopere geneesmiddelen naarmate de chemische processen worden geoptimaliseerd.
Wetenschap © https://nl.scienceaq.com