Uno degli ostacoli della chimica industriale riguarda la necessità di utilizzare sostanze altamente reattive e a condizioni estreme. Ciò per ottenere le trasformazioni desiderate. Molti dei processi oggi impiegati sono, infatti, energivori e spesso dipendono da reagenti pericolosi. In tale contesto, la ricerca di alternative più sostenibili è diventata una priorità. Una promettente innovazione arriva da un gruppo di scienziati della Hong Kong University of Science and Technology. Quest’ultima ha messo a punto un metodo per utilizzare la luce in maniera efficace. Ciò grazie all’impiego dei punti quantici. Si tratta di nanoparticelle, migliaia di volte più piccole di un granello di sabbia. Quest’ultime sono costituite da semiconduttori e si rivelano capaci di trasformare la luce in un’energia chimica sfruttabile. Il team ha concentrato i propri sforzi su una particolare struttura di punti quantici di CdS/ZnS. Quest’ultimi sono stati modificati con l’aggiunta di manganese.
Punti quantici: ecco come funzionano
Il vero salto di qualità è arrivato con l’utilizzo di un fenomeno quantistico chiamato processo Auger a due fotoni con scambio di spin. In termini semplici, tale meccanismo consente alla particella di assorbire due fotoni a bassa energia e restituire un singolo elettrone ad altissima energia, detto “elettrone caldo”. Quest’ultimo può innescare reazioni chimiche altrimenti molto difficili.
Il sistema ha dimostrato di poter rompere legami chimici tradizionalmente considerati molto stabili. Come quelli tra carbonio e alogeni o tra carbonio e ossigeno. Ancora più impressionante è stato l’accesso a reazioni come la riduzione di Birch, la quale in condizioni normali richiede ambienti estremamente reattivi e difficili da controllare. Con tale approccio basato sulla luce, tutto avviene in condizioni più blande e con un’efficienza nettamente superiore. È sufficiente una minima parte della luce rispetto a quanto richiesto dalle tecnologie classiche. Con un miglioramento del 99% in termini energetici.
Un ulteriore vantaggio è il controllo preciso sul processo. Il quale può essere attivato o interrotto semplicemente regolando la luce. Tale caratteristica non solo migliora la sicurezza, ma apre possibilità per future applicazioni in cui le reazioni saranno programmabili e automatizzabili.