L’action concertée de nano-antennes résonnantes et de zéolites de taille nanométrique permettent l’exaltation de l’absorption dans l’infrarouge (SEIRA) des composés organique volatiles tel que le benzene
La capacité de détecter des traces (ppb) de composés organiques volatils, tels que le benzène, en temps réel est d’une importance capitale pour évaluer l’impact à long terme de la pollution, pour vérifier si les industries se conforment aux normes imposées et, finalement, pour soutenir les autorités de réglementation pour définir de nouvelles seuils d’exposition.
Bien que la spectroscopie infrarouge puisse facilement identifier des espèces chimiques sans connaissance préalable, les systèmes portables ne sont pas adaptés pour détecter des traces, en raison de la faible section efficace d’absorption des vibrations moléculaires, nécessitant de longs chemins optiques. Les tentatives pour stimuler l’interaction lumière-matière au moyen de résonances optiques ont réussi à amplifier l’empreinte moléculaire via le mécanisme appelé SEIRA (Surface Enhanced Infrared Absorption). Malgré l’énorme potentiel, SEIRA a été principalement limité aux monocouches à l’état solide adsorbées de la phase liquide sur les nano-antennes résonnantes, tandis que la détection de traces de gaz reste insaisissable, en raison de la nature évanescente de ces résonances.
Dans ce travail, nous établissons une nouvelle stratégie qui combine dans une couche fonctionnelle ultra-mince les avantages de SEIRA avec ceux des matériaux sorbants capables d’adsorber des composés volatils à de très faibles pressions partielles.
Les nano-antennes résonantes sont revêtues à température ambiante d’une couche de zéolithes nanométriques, qui piège les molécules à proximité immédiate des nano-antennes pour profiter pleinement du champ électromagnétique amplifié. Des performances équivalentes à un chemin optique d’environ 120 m de long sont obtenues avec une telle couche fonctionnelle qui n’a qu’une épaisseur d’environ 200 nm (8 ordres de grandeur plus fins).
Nous démontrons le potentiel de notre stratégie en détectant du benzène à une concentration de 25 ppb en moins de 10 minutes avec un spectromètre FTIR standard. Cela établit un nouveau record pour la détection en temps réel du benzène à partir de son empreinte vibratoire.
Pour plus d’information : https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202101623