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光催化,比光伏发电更具优势!分子光激发,是可持续技术的前提!

格拉茨大学和维也纳大学科学家的最新研究成果更好地描述了强相互作用分子态之间的能量流动。自20世纪90年代以来,飞秒化学一直在分子水平上研究超快过程。在过去的几年里,格拉茨大学实验物理研究所的飞秒动力学研究小组在光-物质相互作用领域取得了一些成功。研究工作组组长马库斯科赫说:“例如,准确理解分子中光激发引发的过程是可持续技术发展的前提,研究结果发表在《物理化学快报》期刊上。”。该技术可以实现基于太阳能的能源供应。以光催化为例,与光伏发电相比,光催化有助于将太阳光转化为化学能,在长期储存和能量密度方面具有优势。分子动力学研究的一种方法是使用所谓的泵-探针测量。

使用超短激光脉冲将分子系统激发(“泵浦”)到所需的状态。经过一段可调的延迟时间后,第二个(“探针”)激光器通过电离分子“询问”激发态的数量。测量发射的光电子的能量。通过改变泵检测延迟时间,可以得出分子中能量流动的结论。海森堡的能量-时间不确定性原理阻碍了精确的结果。到目前为止,对于一些多原子分子来说,光诱导过程的实时精确描述已经失败。

这些多原子分子在激发后可能采取不同的衰变或碎裂路径,这取决于在紧密间隔的能量状态之间的选择。由于海森堡的能量-时间不确定性原理,持续时间只有飞秒(10-15秒)的激光脉冲不能选择性地激发紧密相邻的分子态。然而,短脉冲是观察极快过程的先决条件。在莱蒂西亚冈萨雷斯教授的指导下,他与维也纳大学化学学院理论化学研究所的研究人员进行了合作。格拉茨大学的实验物理学家们现在已经克服了这个障碍。通过超短激光脉冲实验和光诱导过程的理论模拟相结合,丙酮(一种已经被很好研究的分子)的能量流现在可以在三个密切相关的状态之间的关键能量窗口中被第一次观察到。即使在维也纳大学研究小组推动的光激发后分子的理论描述领域,研究中的系统也提出了挑战。对于这些模拟,其软件包SHARC的新开发是非常必要的。

没有新的发展,丙酮动力学的正确描述是不可能的。这两种方法本身都被广泛使用。然而,尽管飞秒光谱学中的能量-时间-模糊关系妨碍了获得准确的结果,但是实时模拟提供了对分子动力学的更深入的了解,这反过来要求验证实验结果。这两种技术的结合现在为研究人员提供了对丙酮动力学更深入的了解,并且是光-物质相互作用研究中的又一个里程碑。

博科公园|研究/发件人:格拉茨大学

参考期刊《物理化学快报》

DOI : 10.1021/ACS。JPC快报。9B

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