Descrizione del progetto
Percorsi termici con impulsi ultracorti per realizzare fotocatalizzatori ultrarapidi
Le reazioni chimiche comportano la formazione e la rottura di legami nelle molecole, la cui velocità è determinata dal percorso di reazione. L’uso di nanostrutture plasmoniche fotoeccitate può migliorare l’efficienza della reazione creando un ambiente locale l’agevola a temperature e barriere energetiche inferiori; ciononostante, la maggior parte dei fotocatalizzatori plasmonici funziona in modo costante, il che limita la velocità di reazione e l’utilizzo dei fotoni. Con il sostegno del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie, il progetto PATHWAYS esplorerà percorsi termici e non avvalendosi di impulsi ultracorti al fine di sviluppare nuovi approcci teorici per guidare le reazioni. Il progetto ricorrerà all’impiego della luce pulsata per indurre un riscaldamento localizzato e migliorare la fotogenerazione dei vettori caldi, promuovendo reazioni dotate di una maggiore efficienza energetica. Inoltre, PATHWAYS progetterà metasuperfici che siano in grado di funzionare come fotocatalizzatori ultraveloci.
Obiettivo
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.
Campo scientifico (EuroSciVoc)
CORDIS classifica i progetti con EuroSciVoc, una tassonomia multilingue dei campi scientifici, attraverso un processo semi-automatico basato su tecniche NLP.
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Parole chiave
Programma(i)
- HORIZON.1.2 - Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA) Main Programme
Meccanismo di finanziamento
HORIZON-TMA-MSCA-PF-GF - HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - Global FellowshipsCoordinatore
20133 Milano
Italia