在自然光合作用的例子之后，如何通过光触发化学反应?这个过程仍然知之甚少。然而，来自德国的Johannes Gutenberg University Mainz(JGU)和美国休斯顿的莱斯大学的研究人员现在发现了这个难题的主要部分。他们的研究结果最近发表在Science Advances上。
通过光合作用，树木，灌木和其他植物在将水和二氧化碳转化为氧和葡萄糖(一种糖)方面非常有效。如果我们能够发现所涉及的基本物理机制并将其用于其他一般应用，那么对人类的好处可能是巨大的。例如，太阳光的能量可用于从水中产生氢气作为汽车的燃料。利用光驱动过程的技术，如光化学反应中的光合作用，被称为光催化。
等离子体：电子同步振荡
科学家通常使用金属纳米粒子捕获和利用光进行化学过程。在光催化中将纳米颗粒暴露于光下导致形成所谓的等离子体。这些等离子体是材料中自由电子的集体振荡。“Plasmons就像可见光的天线一样，”美因茨大学的CarstenSönnichsen教授解释道。然而，涉及这种纳米天线的光催化所涉及的物理过程尚未详细掌握。JGU和莱斯大学的团队现在已经成功地揭示了这个谜团。研究生BenjaminFörster和他的主管CarstenSönnichsen一直在更广泛地研究这个过程。
修改等离子体共振
Förster主要致力于确定照射等离子体如何反射光和强度。他的技术采用了两种非常特殊的硫醇异构体，这种分子的结构排列成碳原子的笼子。在笼状结构内的分子是两个硼原子。通过改变两种异构体中硼原子的位置，研究人员能够改变偶极矩，换句话说，就是笼子上的空间电荷分离。这导致了一个有趣的发现：如果他们将两种类型的笼子应用于金属纳米粒子的表面并使用光激发等离子体，则等离子体反射不同量的光，这取决于当前在表面上的笼子。简而言之，
团队合作对结果至关重要
合作对该项目至关重要。“我们永远无法单手实现我们的成果，”Sönnichsen说。BenjaminFörster花了一年时间在美因茨(MAINZ)的卓越材料科学研究生院(MAINZ)资助研究休斯顿赖斯大学的Stephan Link教授，他自2014年以来一直担任MAINZ的客座教授。虽然MAINZ研究生院的资助由德国联邦和州政府的卓越计划将于2019年10月结束，在特殊情况下，美因茨大学将继续为研究生提供这种长期留在国外的经济支持。这将在马克斯普朗克研究生中心(MPGC)的主持下与莱茵兰 - 普法尔茨州合作举办。