Les auteurs de l'article travaillant au laboratoire :Lauren Heald, Scott Sayres, Jake Garcia. Crédit : The Biodesign Institute de l'Arizona State University
Les photocatalyseurs sont des matériaux utiles, avec une myriade d'applications environnementales et énergétiques, y compris la purification de l'air, traitement de l'eau, surfaces autonettoyantes, peintures et revêtements anti-pollution, production d'hydrogène et de CO
Un photocatalyseur efficace convertit l'énergie lumineuse en énergie chimique et fournit cette énergie à une substance réagissante, pour aider les réactions chimiques à se produire.
L'un de ces matériaux les plus utiles est connu sous le nom d'oxyde de titane ou de dioxyde de titane, très recherché pour sa stabilité, son efficacité en tant que photocatalyseur et sa non-toxicité pour l'homme et d'autres organismes biologiques.
Dans de nouvelles recherches publiées dans le Journal des lettres de chimie physique , Scott Sayres et son groupe de recherche décrivent leurs recherches sur la dynamique moléculaire des amas de dioxyde de titane.
Une telle recherche est une étape fondamentale vers le développement de photocatalyseurs plus efficaces.
La clé de ces avancées est la capacité de prolonger le temps pendant lequel les électrons dans le matériau persistent dans un état excité, car cette durée éphémère est le moment où l'oxyde de titane peut agir comme un photocatalyseur efficace.
Sonder le comportement d'un photocatalyseur dans les moindres détails, cependant, est une entreprise délicate. Les grappes mesurent un nanomètre ou moins (ou 1/100, 000e de la largeur d'un cheveu humain) et les mouvements d'électrons au sein des molécules étudiées se déroulent sur des échelles de temps étonnamment brèves, mesurée en femtosecondes (ou un millionième de milliardième de seconde).
Le groupe Sayres applique une séquence d'impulsions laser pour mesurer la photodynamique des amas d'oxyde de titane neutre (TiO2)n grâce à une technique appelée spectroscopie femtoseconde pompe-sonde. De petits changements dans la disposition des atomes provoquent des changements dans les mouvements des électrons (e-) et des trous (h+). Crédit : The Biodesign Institute de l'Arizona State University
La nouvelle étude explore pour la première fois des amas neutres (non chargés) d'oxyde de titane, suivre les mouvements subtils de l'énergie à l'aide d'un laser femtoseconde et d'une technique connue sous le nom de spectroscopie pompe-sonde. "Nous traitons nos lasers comme des caméras, " Sayres dit. "Nous prenons des photos de l'endroit où l'énergie circule au fil du temps."
Sayres, chercheur au Biodesign Center for Applied Structural Discovery, décrit l'importance de l'étude actuelle :
"Nous avons examiné les plus petits éléments constitutifs possibles de l'oxyde de titane pour comprendre la relation entre la façon dont de petits changements dans la structure atomique du matériau influencent les durées de vie à l'état excité et le flux d'énergie. Apprendre comment cela se produit peut aider à reconcevoir de meilleurs photocatalyseurs à l'avenir. " 
