Fotosyntesens kemi är fortfarande dåligt förstådd. Dock, forskare från Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) i Tyskland och Rice University i Houston har nu avslöjat en stor pusselbit. Deras resultat har nyligen publicerats i Vetenskapens framsteg .

Träd, buskar och andra växter är extremt effektiva när det gäller att omvandla vatten och koldioxid till syre och glukos, en typ av socker, med hjälp av fotosyntes. Att känna till de grundläggande fysiska mekanismerna som är involverade och att använda dem för andra allmänna tillämpningar skulle ge enorma fördelar för mänskligheten. Solljusenergin kan användas för att generera väte från vatten som bränsle för bilar, till exempel. Att använda ljusdrivna processer som de som är involverade i fotosyntes i kemiska reaktioner kallas fotokatalys.

Plasmoner:Elektroner som oscillerar synkront

Forskare använder vanligtvis metalliska nanopartiklar för att fånga och utnyttja ljus för kemiska processer. Att exponera nanopartiklar för ljus i fotokatalys bildar så kallade plasmoner. Plasmoner är kollektiva svängningar av fria elektroner i materialet. "Plasmoner fungerar som antenner för synligt ljus, " förklarade professor Carsten Sönnichsen vid Mainz universitet. de fysiska processerna som är involverade i fotokatalys som involverar sådana nanoantenner har ännu inte förståtts i detalj. Teamen vid JGU och Rice University har nu kastat lite ljus över denna gåta.

Doktoranden Benjamin Förster och hans handledare Carsten Sönnichsen har undersökt denna process mer ingående. Förster koncentrerade sig i första hand på att bestämma hur upplysta plasmoner reflekterar ljus och med vilken intensitet. Hans teknik använde två mycket speciella tiolisomerer, molekyler vars strukturer är ordnade som en bur av kolatomer. Inom den burliknande strukturen hos molekylerna finns två boratomer. Genom att ändra positionerna för boratomerna i de två isomererna, forskarna kunde variera dipolmomenten, med andra ord, den rumsliga laddningsseparationen över burarna.

Detta ledde till en intressant upptäckt:om de applicerade de två typerna av burar på ytan av metallnanopartiklar och exciterade plasmoner med hjälp av ljus, plasmonerna reflekterade olika mycket ljus beroende på vilken bur som för närvarande fanns på ytan. Kortfattat, den kemiska naturen hos molekylerna som ligger på ytan av guldnanopartiklar påverkade den lokala resonansen hos plasmonerna eftersom molekylerna också förändrar guldnanopartiklarnas elektroniska struktur.