Observación de la transferencia de protones entre la superficie de titania y el colorante para la evaluación de la fotocatálisis
El cambio temporal en el estado químico de la superficie de la titania durante la irradiación de luz ultravioleta no es observable a través de métodos convencionales como el FTIR normal o la espectroscopia Raman. Por ello, un equipo dirigido por el profesor Hiromasa Nishikiori del RISM de la Universidad de Shinshu observó esta reacción mediante espectroscopia de fluorescencia con resolución temporal. El equipo observó la transformación del monoanión en dianión (especie desprotonada) de la fluoresceína "en los estados excitados" en los que el protón se transfiere del colorante fluoresceína a la superficie de titania durante la irradiación UV, lo que no se había establecido previamente mediante espectroscopia de absorción transitoria.
Cuando el titanio y el colorante adsorbido en su superficie son irradiados con un láser pulsado de femtosegundos, se observa la transferencia de protones de las moléculas de colorante a la superficie del titanio, la fluorescencia del colorante desprotonado.
Reprinted with permission from J. Phys. Chem. C, 2021, 125, 40. 21803-22396 (Supplementary Cover). Copyright 2021 American Chemical Society.
La fluoresceína, un colorante orgánico sensible a la luz y a la acidez o la basicidad, se adsorbió en la superficie de la titania como molécula de sondeo. El grupo utilizó una espectroscopia de resonancia plasmónica superficial (SPR) resuelta en el tiempo con un láser pulsado de femtosegundos. Utilizando la espectroscopia SPR con láser pulsado de femtosegundo, el grupo pudo observar indirectamente el proceso de transferencia de protones desde el colorante a la superficie de titania y comprobó la formación de grupos hidroxilos básicos.
La observación a través del tiempo de irradiación UV mostró que la superficie se volvió más básica con grupos OH en la superficie de la titania que acepta los protones del monoanión fluoresceína. La observación de la sonda de fluorescencia resuelta en el tiempo utilizando colorantes orgánicos sensibles a la luz y a la acidez/basicidad es un método muy eficaz para observar los pequeños comportamientos inducidos por la luz (procesos de transferencia de protones) que se producen en las superficies sólidas en un tiempo muy corto.
Los investigadores consiguieron observar la proporción de dianiones y monoaniones de la fluoresceína mediante el establecimiento del método de espectroscopia SPR. El profesor Nishikiori espera seguir contribuyendo a los avances en la producción de hidrógeno con la división fotocatalítica del agua con el establecimiento de este sencillo método que permite a los investigadores observar y evaluar la actividad de la fotocatálisis.
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