Kropki kwantowe na drodze do rewolucji. Naukowcy rozerwali wiązania przy minimalnej energii

Autorami doniesień w tej sprawie są przedstawiciele HKUST (The Hong Kong University of Science and Technology), którzy piszą o swoich dokonaniach w Nature Communications. Tamtejsi chemicy postawili na kropki kwantowe, które doładowali do tego stopnia, by uzyskać wydajne urządzenie zasilane światłem. Taki instrument, znany jako fotoreduktant, może okazać się rewolucyjny dla syntezy organicznej.

Czytaj też: Polacy i Niemcy stworzyli światłowodowy most czasu. Teraz to wykorzystają

I choć już wcześniej rozpatrywano potencjał kropek kwantowych w odniesieniu do tworzenia fotokatalizatorów, to pozostawał on jedynie teoretyczny. Fizycy wiedzieli jednak o możliwościach, do których uzyskania potrzeba było gorących elektronów kluczowych do prowadzenia zaawansowanych reakcji chemicznych. Nowe podejście, oparte na fotoreduktancie, rzekomo doprowadziło do przełomu w tej materii.

Kropki kwantowe istnieją w nanoskali i mają półprzewodnikowy charakter. Ich właściwości optyczne i elektryczne są zależne od efektów mechaniki kwantowej, a bardzo istotną rolę odgrywają w tym ich miniaturowe rozmiary. Z tego względu do tej pory stosowano je między innymi w produkcji ekranów czy paneli fotowoltaicznych.

Wykorzystując kropki kwantowe, naukowcy z Hongkongu uwolnili potencjał odnoszący się do rozrywania wiązań chemicznych. Wysoka skuteczność i niskie zużycie energii utorują drogę do szeregu praktycznych zastosowań tej metody

Jako że mówimy o strukturach zdolnych do pochłaniania światła i uwalniania energii, to od lat rozpatruje się ich rolę w tworzeniu fotokatalizatorów. Takowe wykorzystują światło słoneczne, aby przyspieszać przebieg reakcji chemicznych. Mimo to naukowcy nie byli w stanie wykrzesać ich pełnego potencjału, który był ograniczony ze względu na brak kontroli nad szybko poruszającymi się, gorącymi elektronami. 

Takowe miałyby posłużyć do rozrywania wiązań chemicznych w cząstkach, a do rewolucji w tej materii dążyli przedstawiciele HKUST. To właśnie dzięki nim powstał układ fotokatalityczny wykorzystujący kropki kwantowe CDS/ZNS. Wytwarzając gorące elektrony znacznie wydajniej niż wcześniej, członkowie zespołu badawczego doprowadzili do sytuacji, w której pochłaniane jest łagodne światło widzialne, a następnie zostaje ono przekształcone w wiązkę zdolną do rozerwania wiązania chemicznego.

Czytaj też: Dwa rodzaje elektronów zaczęły współpracować w nadprzewodniku. To droga do nowych stanów kwantowych

Poza wysoką skutecznością tej metody, bardzo ważny pozostaje też fakt, że cechuje się ono bardzo niskim zapotrzebowanie na energię. Jak wyjaśniają sami zainteresowani, chodzi o zaledwie jeden procent energii potrzebnej konwencjonalnym systemom. Poza tym na uwagę zasługuje ogromny potencjał, obejmujący szereg dziedzin, od produkcji leków, aż po różnego rodzaju materiały. Wszystko to przy potencjalne na redukcję zużycia energii i ograniczenie wykorzystania szkodliwych substancji chemicznych.