Le coppie di elettroni a bassa energia disciolte in acqua o ammoniaca liquida sono potenti agenti riducenti che provocano reazioni di riduzione stimolanti, ma possono anche causare danni da radiazioni ai tessuti biologici.

Sebbene gli scienziati abbiano formulato molte ipotesi su questi dielettroni solvatati, la loro conoscenza dei processi coinvolti rimane incompleta.

I ricercatori, sostenuti in parte dal progetto eDrop, finanziato dall’UE, hanno ora scoperto un processo di formazione e decadimento del dielettrone solvatato.

Il gruppo di ricerca ha condotto esperimenti sul fascio di luce DESIRS presso l’impianto di Synchrotrone SOLEIL in Francia.

Attraverso questi esperimenti hanno trovato prove dirette a sostegno della formazione di queste coppie di elettroni mediante eccitazione con luce ultravioletta (UV) in minuscole gocce di ammoniaca contenenti un singolo atomo di sodio.

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista «Science».

È la prima volta che gli scienziati riescono a osservare l’insolito processo che si verifica quando, per eccitazione con la luce UV, si formano i dielettroni in minuscole gocce di ammoniaca contenenti un atomo di sodio. In questo processo uno dei due elettroni si sposta verso le molecole di solvente vicine e l’altro elettrone viene espulso.

«L’aspetto sorprendente è che processi simili sono stati osservati in precedenza soprattutto a energie di eccitazione molto più elevate», osserva l’autore principale dello studio, il dottor Sebastian Hartweg, che inizialmente lavorava al Sincrotrone SOLEIL e che ora lavora all’Università di Friburgo, in Germania.

DESIRS (Dichroïsme Et Spectroscopie par Interaction avec le Rayonnement Synchrotron) 

DESIRS è una linea di luce basata su un ondulatore che copre la gamma VUV (5-40 eV) con una combinazione unica di purezza dello spettro ad altissima risoluzione, flusso e polarizzazione completamente variabile.
DESIRS offre nuove opportunità per lo studio dei processi indotti da fotoni tramite il guscio di valenza su campioni di fase gassosa principalmente isolati, come molecole fredde, radicali, specie eccitate dal laser, biomolecole, grandi biopolimeri ionici, cluster e nanoparticelle, nonché su condensati.

Ciò include la spettroscopia ad alta risoluzione, la dinamica e la reattività molecolare e gli studi sulla dinamica della fotoionizzazione.

Inoltre, la disponibilità di polarizzazioni calibrate versatili (lineari, circolari) del fascio di fotoni è una specificità unica della linea di fascio che consente lo studio della chiralità molecolare e delle proprietà anisotrope della materia attraverso diversi tipi di esperimenti di dicroismo.

L’elettrone espulso

I ricercatori si sono concentrati sul secondo elettrone espulso per le sue potenziali e interessanti applicazioni. Poiché questo elettrone è prodotto con un’energia cinetica molto bassa, si muove molto lentamente e, inoltre, questa energia può essere controllata dalla luce UV irradiata che avvia l’intero processo.

I dielettroni solvatati potrebbero quindi essere una buona fonte di elettroni a bassa energia.

Questi elettroni a bassa energia possono innescare un’ampia varietà di processi chimici e anche causare danni da radiazioni ai tessuti biologici, ma possono anche servire come efficaci agenti riducenti nella chimica di sintesi.

La possibilità di generare selettivamente elettroni lenti con energia variabile apre la strada, in futuro, a studi più dettagliati sui meccanismi chimici di tali processi. Inoltre, l’energia fornita agli elettroni in modo controllato potrebbe anche essere utilizzata per rendere più efficaci le reazioni di riduzione.

Gli attori del progetto

Pubblicazione originale: S. Hartweg, J. Barnes, BL Yoder, GA Garcia, L. Nahon, E. Miliordos, R. Signorell: Solvated dielectrons from optical excitation: An Effective Source of Low-Energy Electrons, Science 0, eadh0184. DOI.

Sebastian Hartweg è ricercatore associato presso l’Istituto di Fisica dell’Università di Friburgo. I suoi interessi di ricerca includono studi sulla struttura elettronica e la dinamica delle molecole e dei cluster molecolari.

Ruth Signorell è a capo del gruppo di ricerca sugli aerosol e sulle nano scienze presso l’ETH di Zurigo.

Oltre all’Università di Friburgo e all’ETH di Zurigo, sono stati coinvolti nella ricerca il Synchrotron SOLEIL di Saint-Aubin, in Francia, e l’Università di Auburn negli Stati Uniti.

Il progetto è stato sostenuto dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione europea del Consiglio europeo della ricerca nell’ambito dell’accordo di sovvenzione 786636, della Swiss National Science Foundation (progetto 200020_200306) e della United States National Science Foundation (Grant No. CHE-1940456).

a cura della Redazione