Description du projet
Voies thermiques avec des impulsions ultracourtes pour les photocatalyseurs ultrarapides
Les réactions chimiques impliquent la formation et la rupture de liaisons dans les molécules, leur vitesse étant déterminée par la voie de réaction. L’utilisation de nanostructures plasmoniques photoexcitées peut améliorer l’efficacité des réactions en créant un environnement local qui facilite les réactions à des températures et des barrières énergétiques plus basses. Cependant, la plupart des photocatalyseurs plasmoniques fonctionnent de manière constante, ce qui limite les taux de réaction et l’utilisation des photons. Avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie, le projet PATHWAYS explorera les voies thermiques et non thermiques utilisant des impulsions ultracourtes afin de développer de nouvelles approches théoriques pour piloter les réactions. Le projet utilisera la lumière pulsée pour induire un chauffage localisé et améliorer la photogénération de porteurs chauds, en favorisant les réactions avec une efficacité énergétique accrue. En outre, il concevra des métasurfaces qui fonctionneront comme des photocatalyseurs ultrarapides.
Objectif
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.
Champ scientifique (EuroSciVoc)
CORDIS classe les projets avec EuroSciVoc, une taxonomie multilingue des domaines scientifiques, grâce à un processus semi-automatique basé sur des techniques TLN. Voir: https://op.europa.eu/en/web/eu-vocabularies/euroscivoc.
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Mots‑clés
Programme(s)
- HORIZON.1.2 - Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) Main Programme
Appel à propositions
(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) HORIZON-MSCA-2023-PF-01
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HORIZON-TMA-MSCA-PF-GF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - Global FellowshipsCoordinateur
20133 Milano
Italie