Японские ученые создали твердый материал для получения ультрафиолета из солнечного света
Новый материал превращает видимый свет в ультрафиолет при обычной интенсивности солнечного света. Разработка может пригодиться для очистки воздуха, фотокатализа и 3D-печати с низким энергопотреблением.
Источник: Naoyuki Harada& Новый твердотельный материал преобразует видимый свет в ультрафиолетовый при высокой интенсивности солнечного света.
МОСКВА, 24 июня. /Новости науки/. Ученые создали твердый молекулярный материал, который преобразует видимый свет в ультрафиолетовое излучение при обычном солнечном освещении. Статья об этом опубликована в журнале Nature Communications.
Эффективность преобразования видимого света в ультрафиолет достигла 1,9%. По словам авторов, это значит, что примерно два ультрафиолетовых фотона появляются на каждые сто поглощенных фотонов видимого света.
Ультрафиолет нужен не только для загара или обеззараживания. Его используют при очистке воздуха, в 3D-печати, при отверждении смол, стоматологических материалов и гелей. Но в солнечном свете у поверхности Земли на ультрафиолет приходится только около 6%. Практически использовать можно еще меньшую часть этого излучения.
Новый материал решает эту задачу за счет процесса, который называют фотоапконверсией. При нем энергия двух фотонов видимого света складывается и дает один фотон с более высокой энергией — в данном случае ультрафиолетовый.
В основе метода лежит механизм триплет-триплетной аннигиляции. Сначала молекула-донор поглощает видимый свет и переходит в возбужденное состояние. Затем она передает энергию молекуле-акцептору. Когда два таких возбужденных состояния встречаются, их энергия объединяется и выходит в виде ультрафиолетового фотона.
Раньше такие системы хорошо работали в жидкостях. Там молекулы свободно движутся и чаще сталкиваются друг с другом. Но жидкие системы часто требуют токсичных растворителей и могут испаряться. Это мешает их практическому применению.
В твердых материалах возникает другая проблема. Молекулы расположены слишком плотно, и их электронные облака могут перекрываться. Из-за этого возбужденные состояния быстро теряют энергию до того, как смогут дать ультрафиолетовый фотон.
Японские исследователи использовали органический полупроводник дигидроинденоинденеден. К его sp³-атомам углерода они присоединили алкильные цепи. Эти цепи создали точные промежутки между соседними молекулами. В результате молекулы оказались достаточно близко для передачи энергии, но не настолько близко, чтобы энергия быстро гасла.
Оптимизированный материал показал сильное свечение, долгоживущие возбужденные состояния и эффективную передачу энергии. Квантовый выход флуоресценции в твердом состоянии превысил 60%. При добавлении молекулы-донора эффективность преобразования видимого света в ультрафиолет составила 1,9%.
Авторы подали заявку на патент. Они считают, что материал может найти применение в солнечном фотокатализе, очистке воздуха в помещениях и 3D-печати, где нужна работа при слабом освещении.
Исследование стало итогом более чем 14 лет работы группы профессора Нобуо Кимизуки. Ранее команда развивала системы фотоапконверсии в растворах и гелях, но эффективный твердый материал долго оставался сложной задачей.
Эффективность преобразования видимого света в ультрафиолет достигла 1,9%. По словам авторов, это значит, что примерно два ультрафиолетовых фотона появляются на каждые сто поглощенных фотонов видимого света.
Ультрафиолет нужен не только для загара или обеззараживания. Его используют при очистке воздуха, в 3D-печати, при отверждении смол, стоматологических материалов и гелей. Но в солнечном свете у поверхности Земли на ультрафиолет приходится только около 6%. Практически использовать можно еще меньшую часть этого излучения.
Новый материал решает эту задачу за счет процесса, который называют фотоапконверсией. При нем энергия двух фотонов видимого света складывается и дает один фотон с более высокой энергией — в данном случае ультрафиолетовый.
В основе метода лежит механизм триплет-триплетной аннигиляции. Сначала молекула-донор поглощает видимый свет и переходит в возбужденное состояние. Затем она передает энергию молекуле-акцептору. Когда два таких возбужденных состояния встречаются, их энергия объединяется и выходит в виде ультрафиолетового фотона.
Раньше такие системы хорошо работали в жидкостях. Там молекулы свободно движутся и чаще сталкиваются друг с другом. Но жидкие системы часто требуют токсичных растворителей и могут испаряться. Это мешает их практическому применению.
В твердых материалах возникает другая проблема. Молекулы расположены слишком плотно, и их электронные облака могут перекрываться. Из-за этого возбужденные состояния быстро теряют энергию до того, как смогут дать ультрафиолетовый фотон.
Японские исследователи использовали органический полупроводник дигидроинденоинденеден. К его sp³-атомам углерода они присоединили алкильные цепи. Эти цепи создали точные промежутки между соседними молекулами. В результате молекулы оказались достаточно близко для передачи энергии, но не настолько близко, чтобы энергия быстро гасла.
Оптимизированный материал показал сильное свечение, долгоживущие возбужденные состояния и эффективную передачу энергии. Квантовый выход флуоресценции в твердом состоянии превысил 60%. При добавлении молекулы-донора эффективность преобразования видимого света в ультрафиолет составила 1,9%.
Авторы подали заявку на патент. Они считают, что материал может найти применение в солнечном фотокатализе, очистке воздуха в помещениях и 3D-печати, где нужна работа при слабом освещении.
Исследование стало итогом более чем 14 лет работы группы профессора Нобуо Кимизуки. Ранее команда развивала системы фотоапконверсии в растворах и гелях, но эффективный твердый материал долго оставался сложной задачей.
