npeЯдерная физика и инжинирингNuclear Physics and Engineering2079-56292079-5637МИФИ10.56304/S2079562924050154MOIGEBnpe-503Research ArticleВзаимодействие плазмы, пучков частиц и излучения с веществомInteraction of Plasma, Particle Beams and Radiation with MatterПОЛЯРИТОННЫЙ ФОТОКАТАЛИЗ И УПРАВЛЕНИЕ ПУТЯМИ ЭНЕРГЕТИЧЕСКОЙ РЕЛАКСАЦИИ С ПОМОЩЬЮ ПОЛЯРИТОНОВ ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ ПЕРЕСТРАИВАЕМОГО МИКРОРЕЗОНАТОРАPOLARITON PHOTOCATALYSIS AND CONTROL OF ENERGY RELAXATION PATHWAYS USING POLARITONS IN A TUNABLE MICRORESONATORГранисоЭ. А.GranizoE. A.КнышА. А.KnyshA. A.СоколовП. М.SokolovP. M.СамохваловП. С.SamokhvalovP. S.НабиевИ. Р.NabievI. R.igor.nabiev@univ-reims.frНациональный исследовательский ядерный университет “МИФИ”РоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute)Russian FederationНациональный исследовательский ядерный университет “МИФИ”; Лаборатория по исследованиям в области нанонаук (LRN-EA4682), Университет РеймсаРоссияNational Research Nuclear University MEPhI (Moscow Engineering Physics Institute); Laboratoire de Recherche en Nanosciences (LRN-EA4682), Université de Reims Champagne-ArdenneRussian Federation202513122025163338343Copyright © Гранисо Э.А., Кныш А.А., Соколов П.М., Самохвалов П.С., Набиев И.Р., 20252025Гранисо Э.А., Кныш А.А., Соколов П.М., Самохвалов П.С., Набиев И.Р.Granizo E.A., Knysh A.A., Sokolov P.M., Samokhvalov P.S., Nabiev I.R.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://npe.elpub.ru/jour/article/view/503

Повышение эффективности фотокатализа является исключительно важной фундаментальной задачей, имеющей свои применения в химии, биологии, фармакологии и медицине. Одним из способов повышения эффективности фотокатализа может стать использование эффекта сильной связи во взаимодействии свет−вещество – специфического физического явления, ставшего в последние годы передним фронтом исследований в областях фундаментальных и прикладных аспектов физики и химии. Среди наиболее интригующих свойств эффекта сильной связи является возможность контролировать селективность и выход химических реакций и многократно увеличивать эффективность катализа, что достигается путем появления, при расщеплении оригинального электронного уровня катализатора и/или субстрата, более высокоэнергетического электронного уровня – верхнего поляритона. В настоящей работе разработана конструкция проточного микрофлюдного фотокаталитического реактора, содержащего микрорезонатор, обеспечивающий сильную связь свет-вещество и оперирующий в микрофлюидном режиме c производительностью в диапазоне 0.01–0.1 моль/час. В основе конструкции лежит интегрирование фотокатализатора (функционализированной пористой матрицы из нитрида бора) в полость между зеркалами оптического микрорезонатора, находящегося в микрофлюидной ячейке. Предполагается, что разработанная технология позволит значительно увеличить скорости фотокаталитических реакций, при облучении рабочего объема реактора светом видимого диапазона.

Improving the efficiency of photocatalysis is an extremely important fundamental task that has applications in chemistry, biology, pharmacology, and medicine. One of the ways to increase the efficiency of photocatalysis could be the use of the effect of strong coupling in the light-matter interaction, a specific physical phenomenon that has become in recent years the front line of research in the fields of fundamental and applied aspects of physics and chemistry. Among the most intriguing properties of the strong coupling effect is the ability to control the selectivity and yield of chemical reactions and multiply the efficiency of catalysis, which is achieved by the appearance, during the splitting of the original electronic level of the catalyst and/or substrate, of a higher-energy electronic level – the upper polariton. In the present work, we developed a design of a microfluidic photocatalytic reactor containing a microresonator providing a strong light-matter coupling and operating in the microfluidic mode with a productivity in the range of 0.01–0.1 mol/h. The design is based on integration of a photocatalyst (functionalized porous matrix made of boron nitride) into the cavity between the mirrors of the optical microresonator located in the microfluidic cell. It is assumed that the developed technology will significantly increase the rate of photocatalytic reactions, when the working volume of the reactor is irradiated with light of the visible range.

поляритонный фотокатализмикрорезонаторрезонансный перенос энергиисильная связь свет–веществоpolaritonic photocatalysismicroresonatorresonant energy transferstrong light – matter couplingРабота выполнена при финансовой поддержке Российского научного фонда, гранты № 21–79-30048 (создание прототипа фотокаталитического реактора, оперирующего в режиме сильной связи) и № 18-72-10143-П (нанофотонные эксперименты с созданными материалами и фотореактором).ReferencesDovzhenko D.S. et al. // Nanoscale. 2018. V. 10 (8). P. 3589–3605.Dovzhenko D.S. et al. // Nanoscale. 2018. V. 10 (8). P. 3589–3605.Vergauwe R.M.A. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2019. V. 58 (43). P. 15324–15328.Vergauwe R.M.A. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2019. V. 58 (43). P. 15324–15328.Lather J. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2019. V. 58 (31). P. 10635–10638.Lather J. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2019. V. 58 (31). P. 10635–10638.Seidel M. et al. // ACS Photon. 2019. V. 6 (7). P. 1823–1825. https://doi.org/10.1021/acsphotonics.7b00677Seidel M. et al. // ACS Photon. 2019. V. 6 (7). P. 1823–1825. https://doi.org/10.1021/acsphotonics.7b00677Hagenmüller D. et al. // ACS Photon. 2019. V. 6 (4). P. 1073–1081.Hagenmüller D. et al. // ACS Photon. 2019. V. 6 (4). P. 1073–1081.Thomas A. et al. // Science. 2019. V. 363 (6427). P. 615–619.Thomas A. et al. // Science. 2019. V. 363 (6427). P. 615–619.Hutchison J.A. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2012. V. 124 (7). P. 1624–1628.Hutchison J.A. et al. // Angew. Chem. Int. Ed. 2012. V. 124 (7). P. 1624–1628.Mochalov K.E. et al. // Rev. Sci. Instrum. 2018.V. 89 (5). P. 053105. https://doi.org/10.1063/1.5021055Mochalov K.E. et al. // Rev. Sci. Instrum. 2018.V. 89 (5). P. 053105. https://doi.org/10.1063/1.5021055Dovzhenko D. et al. // Chem. Sci. 2021. V. 12. P. 12794–12805.Dovzhenko D. et al. // Chem. Sci. 2021. V. 12. P. 12794–12805.Dovzhenko D. et al. // Appl. Phys. Lett. 2021. V. 119 (1). P. 011102.Dovzhenko D. et al. // Appl. Phys. Lett. 2021. V. 119 (1). P. 011102.Dovzhenko D. et al. // Opt. Lett. 2020. V. 45 (19). P. 5364–5367.Dovzhenko D. et al. // Opt. Lett. 2020. V. 45 (19). P. 5364–5367.Dovzhenko D. et al. // Opt. Express. 2020. V. 28 (15). P. 22705–22717.Dovzhenko D. et al. // Opt. Express. 2020. V. 28 (15). P. 22705–22717.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.