Altın Nanorodlarda Fotoşarj Mekanizması Doğrudan Gözlemlendi

Potsdam Üniversitesi'nde görevli fizikçi Dr. Wouter Koopman liderliğindeki bir araştırma ekibi, altın nanorodların fotokatalizör olarak işlev görürken ışık altında gerçekleşen yüklenme sürecini ilk kez doğrudan gözlemlemeyi ve modellemeyi başardı. Bu keşif, nanometre ölçekli metal parçacıkların ışık enerjisini kimyasal reaksiyonlara dönüştürme potansiyelini inceleyen temel çalışma prensiplerine dair uzun süredir devam eden bir gizemi aydınlatmaktadır. Araştırmanın temel bulguları, nanorodların ışığı toplu elektron salınımlarına çeviren mikroskobik antenler gibi davrandığını ve yüzeylerinde yük depolayan fotokimyasal kapasitörler olarak işlev gördüğünü detaylandırmaktadır.

Bu bilimsel ilerleme, ışıkla tetiklenen kimyasal reaksiyonların ve katalitik sistemlerin hedefe yönelik kontrolünün önünü açarak, uzun vadede güneş enerjisiyle çalışan kimyasal reaktörler ve yenilikçi enerji depolama teknolojileri gibi uygulamaların geliştirilmesine zemin hazırlamaktadır. Çalışmada, ışık altında elektron-boşluk çiftlerinin oluştuğu, boşlukların etanol gibi çevredeki moleküllere transfer edildiği ve elektronların ise parçacık üzerinde hapsolarak fotoyüklenmeye neden olduğu ayrıntılı olarak ortaya konuldu. Araştırmanın ilk yazarı ve bilimsel koordinatörü Dr. Felix Stete, tek başına ışığın bir nanometre ölçekli parçacık ile çevresi arasında elektrik potansiyelleri oluşturmak için yeterli olduğunu vurguladı.

Dr. Koopman, elde edilen sonuçları değerlendirirken, bu parçacıkların harici bir voltaj kaynağına ihtiyaç duymadan nanometre boyutlu elektrolizörler gibi davrandığını belirtti; bu durum, ışık gücüyle çalışan, kendi kendine yetebilen kimyasal dönüşüm sistemleri geliştirme potansiyelini işaret etmektedir. Dr. Stete ayrıca, bu çalışmanın, parçacıkların uzunlamasına yerel yüzey plazmon rezonansının yük birikimine olan hassasiyetinden yararlanılarak, nanorodların yüklenmesinin yerinde (in situ) gözlemlenmesine olanak tanıyan bir yöntem sunduğunu ekledi. Bu gözlemler, nanokapasitör modeli çerçevesinde, parçacık üzerindeki yük miktarını ve aydınlatma yoğunluğuyla olan ilişkisini nicelleştiren bir model sunulmasını sağladı.

Bu çığır açan çalışma, Potsdam Üniversitesi Fizik ve Astronomi Enstitüsü'nde gerçekleştirildi ve Alman Araştırma Vakfı (DFG) tarafından finanse edilen ve 2024'ten beri aktif olan İşbirlikçi Araştırma Merkezi SFB 1636'nın bir parçası olarak yürütüldü. SFB 1636, ışıkla yönlendirilen reaksiyonların temel fiziksel süreçlerini anlamaya odaklanarak, fotokataliz alanındaki temel bilgi boşluğunu doldurmayı hedeflemektedir. Bu temel fiziksel çerçeve, plazmonla yönlendirilen fotoreaksiyonlar sırasında dinamik yük birikiminin rasyonel mühendisliği için zemin hazırlamaktadır.