Ученые из Томского политехнического университета совместно с российскими и зарубежными коллегами нашли способ оценить температуру химической реакции, активируемой псевдочастицами — плазмонами. В качестве датчиков ученые использовали две органические молекулы. Кроме того, исследователям удалось продемонстрировать, что свойства плазмона как активатора химических реакций зависят не только от термических эффектов. Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Science.
Плазмон — псевдочастица, представляющая собой сочетание колеблющихся электронов и связанного с ними электромагнитного поля. Плазмоны возникают в твердых наноразмерных телах вблизи от поверхности. Их можно использовать в качестве активаторов химической реакции, осуществляющих превращения при комнатной температуре под действием солнечного света, что представляет экономную и экологичную технологию. В статье авторы попытались найти ответ на вопрос, чем именно обусловлена каталитическая природа плазмона. Существуют гипотезы, что это свойство обеспечивается за счет термических эффектов, или, наоборот, их функция никак не связана с температурой. В первом случае наночастица металла локально и на короткий промежуток времени нагревает молекулы, но этот нагрев нельзя отследить стандартными методами.
«Ряд исследователей сходятся во мнении, что ключевая роль отводится комбинации разных эффектов. Наш коллектив в их числе. В своих предыдущих работах мы уже ставили под сомнение исключительную роль нагревания. И нужен был способ, как измерить температуру реакции около одной молекулы, чтобы понять, есть там повышение температуры или нет. Ранее исследователи использовали физические методы, мы впервые предложили использовать в качестве датчиков, или термометров, специфические молекулы — алкоксиамины. Эксперимент проводился на хорошо изученной реакции их гомолиза. Это реакция с разрывом связи, в данном случае из молекулы алкоксиамина получаются две частицы — радикалы», — рассказал соавтор работы Павел Постников.
В экспериментах ученые использовали наночастицы золота, к которым были химически «привязаны» молекулы алкоксиаминов с разной химической структурой. Затем их облучили лазером, запуская работу плазмонов, и, соответственно, реакцию разрыва связей в молекулах алкоксиаминов. Выяснилось, что две молекулы распадались с разной скоростью, для одной молекулы температура реакции была равна 96 °С, для другой — 118 °С.
Благодаря разности по структурам молекулы должны по-разному реагировать без нагрева, а при увеличении температуры — с одинаковой скоростью. Таким образом, если бы свойства плазмонов были связаны только с температурными эффектами, то и температура реакции была бы одинаковой, однако этого не наблюдалось. То есть плазмоны делают что-то еще для ускорения реакции, и на этот фундаментальный вопрос еще предстоит ответить.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
