Descripción del proyecto
Vías térmicas con pulsos ultracortos para fotocatalizadores ultrarrápidos
Las reacciones químicas implican la formación y ruptura de enlaces en las moléculas, cuya velocidad se determina por la vía de reacción. El uso de nanoestructuras plasmónicas fotoexcitadas podría mejorar la eficacia de las reacciones al crear un entorno local que facilita las reacciones a temperaturas y barreras energéticas más bajas. Sin embargo, la mayoría de los fotocatalizadores plasmónicos funcionan de forma constante, lo cual limita la velocidad de reacción y el uso de fotones. Con el apoyo de las acciones Marie Skłodowska-Curie, el proyecto PATHWAYS explorará vías térmicas y no térmicas utilizando pulsos ultracortos para desarrollar nuevos métodos teóricos que impulsen las reacciones. El equipo del proyecto utilizará luz pulsada para inducir el calentamiento localizado y potenciar la fotogeneración de portadores calientes, promoviendo reacciones con mayor eficiencia energética. Asimismo, diseñará metasuperficies para que funcionen como fotocatalizadores ultrarrápidos.
Objetivo
Chemical transformations involve formation and breaking of bonds in molecules, and their rate is determined by the reaction pathway for converting reactants to products. The use of photoexcited plasmonic nanostructures to alter such pathways, hence improving the reaction economics, has recently emerged as a transformative solution to the extreme energy demands of traditional catalysis. Strong photothermal nanoheating and high-energy charge carriers can be optically induced in metal nanoparticles, creating a local environment where reactions occur at temperatures far below those of common catalysts and lowered energy barriers. Most plasmonic photocatalysts operate however in the steady state, which intrinsically restricts rates and photon usage, as the inherent dynamics of chemical bonds, catalyst surface, and light-matter interactions remain untapped.
This project aims at introducing new theoretical approaches breaking the steady-state paradigm to drive reactions along thermal and nonthermal pathways with ultrashort pulses. A comprehensive numerical model will be developed to rationalise the dynamics at play and design metasurfaces (ordered nanostructure arrays) working as photocatalysts in the ultrafast regime.
Pulsed (femto- to nanosecond) light will be used to induce transient localised heating and to enhance the photogeneration of hot carriers on timescales relevant to the chemical kinetics. The two effects will contribute to promote reactions with increased energy efficiencies: the intrinsic thermal nonlinearities of chemical processes will be leveraged to achieve rates out of reach in steady state, the dynamics of high-energy carriers will be tailored to unlock nonthermal channels with selectivity otherwise unattainable.
The envisaged predictive time-resolved models will guide experimental efforts and provide data-comparable results to demonstrate new concepts for enhancing photocatalysis via ultrafast nanophotonics, opening routes in light-driven.
Ámbito científico (EuroSciVoc)
CORDIS clasifica los proyectos con EuroSciVoc, una taxonomía plurilingüe de ámbitos científicos, mediante un proceso semiautomático basado en técnicas de procesamiento del lenguaje natural.
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Palabras clave
Programa(s)
- HORIZON.1.2 - Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) Main Programme
Régimen de financiación
HORIZON-TMA-MSCA-PF-GF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - Global FellowshipsCoordinador
20133 Milano
Italia