Исследователи достигают контроля над состоянием заряда синглетного кислорода

Исследователи достигают контроля над состоянием заряда синглетного кислорода

Один атом кислорода никогда не может быть легко закреплен, и тогда совершенно невозможно манипулировать электронами в этом одном атоме, чтобы изменить его заряд. Однако международная команда исследователей во главе с Университетом Осаки впервые сообщила об этом достижении.

(Фото: Университет Осаки)

В сотрудничестве с коллегами из Словакии и Великобритании аспирант кафедры прикладной физики Университета Осаки Юки Адачи недавно сообщил об этом исследовании в ACS Nano .

Кислород, который является одним из самых распространенных элементов на Земле, часто встречается в двухатомной форме – О 2 . Это очень реактивный и не существует в газообразном состоянии в течение длительного времени. Наименее реакционноспособная форма кислорода или его основное состояние называется триплетным кислородом, поскольку он имеет три вероятных расположения электронных спинов.

В отличие от этого, синглетный кислород имеет только одно возможное расположение спинов. Следовательно, он является более реактивным и играет жизненно важную роль в широком спектре химических реакций, от производства зеленого топлива до лечения фотодинамического рака. Следовательно, неудивительно, что значительное внимание уделяется контролю образования и активации молекулярного кислорода.

Мы использовали силовую спектроскопию с зондом Кельвина, чтобы исследовать зарядовые состояния атомов кислорода, прикрепленных к поверхности рутила диоксида титана, а затем манипулировать зарядом путем передачи отдельных электронов к парам атомов кислорода и от них .

Юки Адачи, аспирант, кафедра прикладной физики, Университет Осаки

Адачи добавил: « Мы определили три различных состояния заряда среди пар: O / O O 2– / O 2- и O / O 2- . В зависимости от приложенного напряжения и места расположения наконечника зонда относительно атомов, мы можем затем обратимо переключить заряд между состояниями O и O 2−

Затем исследователи продемонстрировали, что тот же метод может быть использован для индуцирования управляемого, обратимого образования связей между двумя соседними атомами кислорода, в результате чего образуется молекулярный кислород (O 2 ).

Интересно, что было также обнаружено, что возможно дистанционно управлять состоянием заряда, располагая наконечник в другом месте на поверхности рутила. Передача электронов атомам кислорода осуществлялась с помощью поверхностных поляронов, процесс, в котором электроны могут перемещаться через кристаллическую решетку.

Этот уровень контроля за состоянием заряда атомов кислорода ранее не был возможен. В нашей работе представлен новый метод изучения каталитических реакций на основе оксида переходного металла, и он может быть применен к другим атомам и, возможно, к другим поверхностям, где проводятся контролируемые химические реакции, инициируемые манипулированием зарядом .

Ян Цзюнь Ли, корреспондент исследования и доцент, Университет Осаки

Источник: https://www.osaka-u.ac.jp/en

Source link