In einer gemeinsamen experimentell-theoretischen Arbeit hat ein Forscherteam, darunter Theoretiker der UC San Diego, erstmals gezeigt, dass Wärmeübertragung in Form von Infrarotstrahlung chemische Reaktionen stärker beeinflussen kann als herkömmliche Konvektions- und Leitungsmethoden.
Mithilfe eines optischen Hohlraums zur Begrenzung von Infrarotlichtwellen konzentrierten sich die Forscher auf die thermische Dehydratisierung eines anorganischen Kristalls, Kupfersulfat-Pentahydrat. Sie fanden heraus, dass die Schwingungskopplung von Licht und Materie (die zu Zuständen führt, die als Polaritonen bekannt sind) die für die Dehydrierung erforderliche Temperatur um bis zu 14 Grad Celsius senkt. Dies wurde auf den Strahlungsenergietransport zurückgeführt, bei dem Wärmeenergie nach außen abgestrahlt wird, wenn Photonen aus einer heißen Region von einer kühleren Region (dem Kristall) absorbiert werden – ein Mechanismus der Wärmeleitung, der bisher übersehen wurde.
Diese Arbeit etabliert einen Mechanismus zur Modifizierung thermochemischer Prozesse mithilfe optischer Hohlräume mit Auswirkungen auf die Entwicklung katalytischer Systeme, die diese Wechselwirkungen nutzen, um eine gezielte Steuerung bestimmter chemischer Reaktionen und optoelektronischer Prozesse zu erreichen.
Diese Studie wurde am 16. Januar 2025 in veröffentlicht Naturchemie. Zum Forschungsteam gehören Sindhana Pannir-Sivajothi, Yong Rui Poh und Joel Yuen-Zhou (alle UC San Diego); Zachary Brawley (Texas A&M); und Matthew Sheldon und Ju Eun Yim (beide UC Irvine).
Ihre Forschung wurde von der National Science Foundation (CHE-2108288), der Welch Foundation (A-1886), der WM Keck Foundation und dem American Chemical Society Petroleum Research Fund (ACS PRF 60968-ND6) finanziert.
