Fotokatalytische reacties zijn extreem nauwkeurig te volgen met een AFM-microscoop waarvan de naald tevens dient als katalysator. Zo kun je bijvoorbeeld nagaan hoe je zonne-energie zo efficiënt mogelijk omzet in ‘solar fuels’, suggereren Utrechtse onderzoekers op de website van Nature Nanotechnology.

Bij die ‘solar fuels’ moet je volgens onderzoeksleider prof. Bert Weckhuysen in eerste instantie denken aan methanol en ethanol. Het idee is dat je zonne-energie onbeperkt houdbaar kunt maken door haar als het ware op te slaan in dergelijke moleculen. In feite doe je dan hetzelfde als planten, die zonlicht opslaan in de vorm van suikers via fotosynthese.

Alleen zijn solar fuels tot nu toe niet economisch rendabel te produceren, en volgens Weckhuysen komt dat vooral door gebrek aan kennis van het reactiemechanisme.

Samen met Evelien van Schrojenstein Lantman, Arjan Mank en twee Duitse collega’s heeft hij nu een manier ontwikkkeld om dat mechanisme in beeld te krijgen. De techniek heet TERS, wat staat voor tip-enhanced Raman spectroscopy. Het is een combinatie van surface-enhanced Raman scattering (SERS) en een atomic force-microscoop (AFM). Het oorspronkelijke idee is dat je de naald van de AFM-microscoop coat met zilver (of goud) teneinde het Raman-signaal te versterken van het molecuul dat zich onder die tip bevindt.

De volgende stap is om dat molecuul te laten reageren onder invloed van een laserbundel, terwijl het zich onder die naald bevindt. En stap 3 is om een molecuul uit te kiezen waarbij het zilver op de naald de reactie katalyseert. Bijvoorbeeld p-nitrothiofenol (pNTP) dat onder invloed van groen laserlicht en in aanwezigheid van zilver dimeriseert tot p,p’-dimercaptoazobisbenzeen (DMAB).

Aangezien pNTP en DMAB verschillende Ramansignalen geven, kun je precies volgen hoe snel de omzetting gaat.

Het pNTP leg je onder de AFM-microscoop in de vorm van een monolaagje dat ontstaat door zelfassemblage (‘simple, but not trivial’, volgens de auteurs). Ter verfijning kun je een tweede laser gebruiken, in dit geval een rode, die wèl de Ramansignalen genereert maar niet in staat is om de reactie op gang te brengen.

bron: Nature Nanotechnology, met dank aan Bert Weckhuysen