光催化，比光伏發(fā)電更具優(yōu)勢！分子光激發(fā)，是可持續(xù)技術(shù)的前提！

格拉茨大學(xué)和維也納大學(xué)的科學(xué)家最新研究成果，更好地描述了強相互作用分子態(tài)之間的能量流動。自20世紀90年代以來，飛秒化學(xué)一直在分子水平上研究超快過程。在過去的幾年里，格拉茨大學(xué)實驗物理研究所的飛秒動力學(xué)研究小組，在光-物質(zhì)相互作用領(lǐng)域取得了一些成功。該研究工作組負責人馬庫斯·科赫(Markus Koch)表示：

例如，精確理解分子中光激發(fā)引發(fā)的過程，是開發(fā)可持續(xù)技術(shù)的先決條件，其研究成果發(fā)表在《物理化學(xué)快報》期刊上。這種技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)基于太陽能的能源供應(yīng)，以光催化為例，與光伏發(fā)電相比，光催化有助于將陽光轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，在長期儲存和能量密度方面具有優(yōu)勢。這種分子動力學(xué)研究的一種方法是：利用所謂的泵浦-探測測量。

應(yīng)用超短激光脈沖將分子系統(tǒng)激發(fā)(“泵浦”)到所需的狀態(tài)。在一段可調(diào)的延遲時間之后，第二個(“探針”)激光通過電離分子來“詢問”激發(fā)態(tài)的布居。測量了發(fā)射光電子的能量，通過改變泵浦-探測延遲時間，可以得出關(guān)于分子中能量流動的結(jié)論。海森堡的能量-時間不確定原理阻礙了獲得精確結(jié)果，到目前為止，對于一些多原子分子來說，對其實時尺度上的光誘導(dǎo)過程的準確描述是失敗的。

這些多原子分子在激發(fā)后可能采取不同的衰減或碎裂路線，這取決于在緊密間隔能態(tài)之間的選擇。由于海森堡的能量-時間測不準原理，持續(xù)時間僅為飛秒(10^-15秒)的激光脈沖，不能選擇性地激發(fā)緊密相鄰的分子態(tài)。然而，短脈沖是觀測極快過程的先決條件。在萊蒂西亞·岡薩雷斯教授的指導(dǎo)下，與維也納大學(xué)化學(xué)學(xué)院理論化學(xué)研究所的研究人員合作。

理論與實驗相結(jié)合的新方法

格拉茨大學(xué)實驗物理學(xué)家現(xiàn)在已經(jīng)克服了這一障礙。通過結(jié)合超短激光脈沖實驗和光誘導(dǎo)過程的理論模擬，現(xiàn)在可以首次在三個密切相關(guān)的態(tài)之間關(guān)鍵能量窗口觀察到丙酮（一個已經(jīng)得到很好研究的分子）的能量流。即使對于維也納大學(xué)研究小組這一推在光激發(fā)后對分子進行理論描述的領(lǐng)域，正在研究的系統(tǒng)也提出了挑戰(zhàn)，對于這些模擬，其軟件包SHARC的新開發(fā)非常必要。

如果沒有新的開發(fā)，丙酮動力學(xué)的正確描述將是不可能的。這兩種方法本身都被廣泛使用，但雖然飛秒光譜學(xué)中的能量-時間-模糊關(guān)系阻礙了獲得精確結(jié)果，但實時模擬提供了對分子動力學(xué)的更深層次洞察，這反過來又需要對實驗結(jié)果進行驗證。這兩種技術(shù)的結(jié)合，現(xiàn)在為研究人員提供了對丙酮動力學(xué)的更深層次洞察，是研究光-物質(zhì)相互作用的又一里程碑。

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博科園｜研究/來自：格拉茨大學(xué)

參考期刊《物理化學(xué)快報》

DOI: 10.1021/acs.jpclett.9b03462

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