Новости химической науки > Лазер способствует образованию химической связи

Группа исследователей из Израиля и Германии смогла управлять образованием химических связей в реакции с помощью мощных лазеров. Новая методика позволяет химикам контролировать направление химического процесса с исключительной точностью, а также открывает возможности «фотохимических сборочных линий», собирающих молекулы с заданным строением.

В последнее десятилетие «фотокатализ» протекающих в газовой фазе химических реакций с помощью лазеров демонстрировал лишь скромные успехи – химикам пока удавалось специфично разрушать определенные типы связей, воздействуя на них лазерным излучением с определенной частотой, однако контролировать образования химических связей, воздействуя на них импульсами света, пока еще не удавалось.

Рисунок: © Christiane Koch/Universität Kassel and Zohar Amitay/Technion-Israel Institute of Technology

Руководитель нового исследования – Кристиан Кох (Christiane Koch) из Университета Касселя отмечает, что когерентный контроль, использующий интерференционные явления в атомах для управления динамическими процессами и получения целевого продукта всегда восхищали его. Она поясняет, что очень сложно осуществлять фотохимическое стимулирование комплексных квантово-механических процессов, к числу которых можно отнести элементарную химическую реакцию и, даже если удастся осуществить какой-то тип контроля, сложно определить, что такой контроль удалось осуществить. Она говорит, что лазерная индукция образования химической связи в газовой фазе представляет собой маловероятное событие, поэтому одной из главных (если не самой главной) из задач, которые требовалось решить – разработать способ детектирования такого контроля. Другими словами, газ при высокой температуре отличается высоким значением энтропии, однако для когерентного контроля нужна низкая энтропия.

Для решения этой задачи исследователи подвергали пары магния, нагретые до 1000K, воздействию фемтосекундных лазерных импульсов. Облучая лазером небольшое количество обладающих меньшей энтропией, чем вся система, атомов в газе, Кох и её коллеги смогли достигнуть реализации когерентного контроля. Как говорит Кох, короткий и интенсивный импульс лазера попадает на атомы в газообразном состоянии, и энергия, поглощенная с импульсом, вызывала перераспределение электронов атома и образование химической связи.

Кох добавляет, что образующиеся димеры магния далее поглощают дополнительную энергию из лазерных импульсов и излучают ультрафиолет. Именно эмиссия ультрафиолета позволила исследователям обнаружить протекание реакции фотоассоциации и подтвердить образование связей, и, хотя внешне при объяснении новая система и выглядит простой, исследователям пришлось пройти долгий путь до получения желаемого результата.

Источник: Phys. Rev. Lett., 2015, 113, 23 (DOI: 10.1103/PhysRevLett.114.233003)

метки статьи: #природа химической связи, #физическая химия, #фотохимия, фотокатализ