La lumière initie de nombreuses réactions chimiques. Des expériences au Centre aser de l'Institut de chimie physique de l'Académie polonaise des sciences et à la Faculté de physique de l'Université de Varsovie ont, pour la première fois, démontré qu'en augmentant l'intensité d'éclairage, certaines réactions peuvent être considérablement accélérées. Ici, les chercheurs ont obtenu une accélération de la réaction en utilisant des paires d'impulsions laser ultracourtes.

Afin d'étudier en profondeur la nature des processus impliqués, les chercheurs ont utilisé des paires consécutives ultra-courtes d'impulsions laser. Une forte augmentation de la vitesse de réaction entre les molécules a été observée. Les scientifiques de Varsovie ont rapporté leurs découvertes dans Chimie Physique Physique Chimique .

"Nos expériences fournissent des connaissances fondamentales sur les processus physiques qui sont importants pour le déroulement d'importantes réactions induites par la lumière. Ces connaissances peuvent potentiellement être utilisées dans de nombreuses applications, surtout lorsqu'il s'agit de sources lumineuses à haute intensité. Ceux-ci inclus, entre autres, diverses techniques d'imagerie microscopique, spectroscopie ultra-rapide et photovoltaïque, en particulier si des dispositifs de focalisation de la lumière tels que des capteurs solaires sont utilisés, " explique le Dr Gonzalo Angulo (IPC PAS).

Dans les réactions induites par la lumière, un photon avec l'énergie appropriée excite une molécule de colorant. Lorsqu'il y a une molécule d'extincteur à proximité de la molécule excitée, une interaction a lieu. Il peut y avoir un transfert d'énergie, un électron ou un proton, entre les deux réactifs. Les réactions de ce type sont de nature courante. Un bon exemple est le transfert d'électrons dans la photosynthèse, qui joue un rôle clé dans la formation de l'écosystème terrestre.

Un facteur qui peut influencer la vitesse des réactions est l'intensité de la lumière qui les initie. Afin d'étudier la nature de ces processus, les chimistes ont utilisé des impulsions laser d'une durée de femtosecondes au lieu du traditionnel flux continu de lumière. L'énergie des impulsions a été ajustée de sorte que les molécules de colorant se déplacent dans l'état d'énergie excité. Les impulsions ont été regroupées par paires. L'intervalle entre les impulsions d'une paire était de plusieurs dizaines de picosecondes (des billions de seconde) et était adapté au type de molécules réagissant et à l'environnement de la solution.

« La théorie et les expériences nécessitaient soin et attention, mais l'idée physique elle-même est assez simple, ici, " note Jadwiga Milkiewicz, un doctorat étudiant à IPC PAS, et explique :« Pour que la réaction se produise, il doit y avoir une molécule d'extincteur près de la molécule de colorant excitée par la lumière. Donc, si nous avons une paire de molécules qui ont déjà réagi entre elles, cela signifie qu'ils étaient assez proches l'un de l'autre. Si, après la réaction, les deux molécules ont réussi à revenir à leur état fondamental, l'absorption d'un nouveau photon par le colorant a le potentiel de déclencher une autre réaction avant que les molécules ne s'éloignent les unes des autres dans l'espace."

Le déroulement des réactions dans les solutions dépend de nombreux facteurs tels que la température, pression, viscosité ou la présence d'un champ électrique ou magnétique. Les recherches de l'IPC PAS ont prouvé que ces facteurs influencent également l'accélération de la réaction chimique qui se produit avec une intensité d'éclairage accrue. Sous certaines conditions, l'accélération de la réaction était imperceptible; dans des conditions optimales, la vitesse de la réaction a augmenté de 25 à 30 pour cent.

"Dans nos expériences jusqu'à présent, nous nous sommes concentrés sur les réactions de transfert d'électrons induites par la lumière, c'est-à-dire ceux qui modifient la charge électrique des molécules. Cependant, nous ne voyons aucune raison pour laquelle le mécanisme que nous avons observé ne pourrait pas fonctionner dans d'autres variantes de ces réactions. Alors dans un futur proche, nous essaierons de confirmer son efficacité dans des réactions de transfert d'énergie ou dans des réactions impliquant également un transfert de protons, " dit le Dr Angulo.