超短激光脉冲使温室气体发生反应。
这是一个长久以来的梦想:从大气中去除惰性的温室气体二氧化碳，并将其用作化学工业的基本原料。这可以通过遏制气候变化，同时减少对石油的依赖，同时解决两个主要问题。波恩大学的物理化学家正在为这一设想做出重大贡献。他们发现了一种利用激光脉冲来制造高反应性二氧化碳的新方法。
每天，大自然向人类展示如何优雅地将二氧化碳从空气中结合，并将其转化为一种急需的原料。植物在光照下会用绿叶进行光合作用。在阳光的帮助下，氧气和急需的能量和营养供应商糖是由二氧化碳和水产生的。
波恩大学物理和理论化学研究所的Peter Vohringer教授说:“科学家们一直在努力模仿这种模式，以便为化学工业使用二氧化碳。”使这一概念难以实现的原因是，很难将二氧化碳与其他分子结合起来。
在他的团队中，物理化学家已经发现了一种新的方法来产生惰性和难以结合的温室气体的高度反应性的变种。研究人员使用了一个所谓的铁复合体:中心包含一个带正电荷的铁原子，而二氧化碳的成分已经被束缚了很多次。科学家们将超短激光脉冲的紫外光照射到这个铁复合体上，从而破坏了某些化学键。产生的产物就是所谓的二氧化碳自由基，它也形成了具有某种极端性的新键。
这些自由基的外壳中只有一个电子，它们迫切地想要永久地与另一个分子或原子结合。“这是一个未成对的电子，它将我们的反应性激进分子与惰性二氧化碳的中心铁原子结合在一起，使它对化学过程如此有希望，”来自Vohringer团队的首席作者Steffen Straub解释说。自由基可能会成为有趣的化学产品的组成部分，例如甲醇作为燃料或尿素，化学合成和水杨酸作为止痛药。
分光计显示工作中的分子。
科学家们用他们的激光和红外光谱仪，在研究所的地下室里，观察分子的工作。光谱仪测量了分子的特征振动，这种“指纹”使他们能够识别不同原子之间的化学键。Straub解释说:“在铁复合体内部形成的二氧化碳自由基改变了原子间的化学键，从而降低了特征二氧化碳振动的频率。”
通过法医的直觉，科学家们能够证明激光脉冲确实能产生活性碳自由基。首先，研究小组模拟了计算机上分子的振动光谱，然后将计算结果与测量结果进行比较。结果:模拟和实验确实是一场精彩的比赛。就像“分子运动图”一样，光谱仪在难以想象的时间分辨率中拍下了“快照”，这个分辨率是十亿分之一秒的百万分之一秒。在光谱的基础上，与电影的单个图像相对应，它可以被揭示——本质上是慢动作——在脉冲激光照射下，在几个阶段，铁的复杂变形是怎样的，化学键断裂，最终形成自由基。
“我们的发现有可能从根本上改变如何从大气中提取温室气体二氧化碳的想法，并利用它来生产重要的化学产品，”Vohringer说。然而，由于激光脉冲对大规模的转换效率不高，仍然需要为工业应用开发合适的催化剂。“尽管如此，我们的研究结果为如何设计这种催化剂提供了线索，”这位科学家补充道。目前的研究与多学科重点领域的可持续性以及波恩大学的物质研究相吻合。
