Kieta medžiaga, kuri matomos šviesos fotonus „paverčia“ UV šviesos fotonais, gali pakeisti saulės šviesos panaudojimą

Saulės energijos, kaip atsinaujinančios energijos šaltinio, svarba didėja. Saulės šviesoje yra didelės energijos UV šviesa, kurios bangos ilgis yra mažesnis nei 400 nm, kuri gali būti plačiai naudojama, pavyzdžiui, fotopolimerizacijai, kad susidarytų derva, ir fotokatalizatorių aktyvavimui, skatinant reakcijas, kurios generuoja žalią vandenilį arba naudingus angliavandenilius (degalus, cukrų, olefinus). ir kt.). Pastaroji iš jų dažnai vadinama „dirbtine fotosinteze“. Kitas svarbus pritaikymas yra fotokatalitinė UV spindulių reakcija, siekiant veiksmingai naikinti virusus ir bakterijas. Deja, tik apie 4% antžeminės saulės šviesos patenka į UV diapazoną elektromagnetiniame spektre. Dėl to didelė saulės šviesos spektro dalis lieka nepanaudota šiems tikslams.

Fotonų konversija aukštyn (UC) gali būti raktas į šios problemos sprendimą. Tai ilgos bangos ilgio, mažos energijos fotonų (pvz., esančių matoma šviesa) į trumpos bangos ilgio, didelės energijos fotonus (pvz., esančius UV šviesoje) per procesą, vadinamą „tripleto-tripleto anihiliacija“ (TTA). Ankstesniame šios srities darbe buvo pranešta apie matomą UV spindulių UC naudojant organinių tirpiklių tirpalus, kuriuose pirmiausia reikėjo deguonies pašalinti tirpalą, o po to užsandarinti hermetiškame inde, kad būtų išvengta deguonies poveikio, kuris deaktyvavo ir suardo TTA pagrindu pagamintus fotonų UC mėginius. Šioms medžiagoms ne tik trūko fotostabilumo esant deguoniui, bet ir nepavyko efektyviai veikti su saulės šviesos intensyvumo krintančiomis šviesomis. Šie klausimai pristatė kliūtis praktiniam fotonų UC taikymui.

Dabar du „Tokyo Tech“ mokslininkai – prof. Yoichi Murakami ir jo absolventas Riku Enomoto – sugalvojo šių problemų sprendimą – revoliucinę kietą plėvelę, kuri gali atlikti matomą UV fotonų UC esant silpnai krintant šviesai, o ore išlikti fotostabilus precedento neturintį laiką. Jie aprašo šį proveržio išradimą savo dokumente, paskelbtame Medžiagų chemijos žurnalas C.

Prof. Murakami paaiškina jų tyrimo naujumą: “Mūsų išradimas leis praktiškai panaudoti matomą mažo intensyvumo šviesos dalį, pvz., saulės šviesą ir LED kambario apšvietimą, taikymams, kurie efektyviai atliekami naudojant UV šviesą. Ir jo fotostabilumas – įrodyta, kad tai yra mažiausiai 100 valandų, net esant orui – tai didžiausias kada nors praneštas TTA pagrindu pagamintoje fotonų UC medžiagoje, neatsižvelgiant į medžiagos formą, jei tik galime ištirti.

Be šio rekordinio fotostabilumo, šios plėvelės turėjo itin žemą sužadinimo slenkstį (tik 0,3 karto didesnį už saulės intensyvumą) ir didelę UC kvantinę išeigą – 4,3 % (normalizuotas UC emisijos efektyvumas 8,6 %) – abiem esant orui. yra unikali medžiaga, nes dauguma šios klasės medžiagų praranda fotonų UC gebėjimą, kai jie veikiami oru.

Norėdami paruošti šią medžiagą, tyrėjai sulydo sensibilizatorių (ty molekulinį chromoforą, galintį sugerti ilgesnės bangos fotonus) su daug didesniu naikintuvo kiekiu (ty organine molekule, kuri gavo tripleto sužadintą energiją iš sensibilizatoriaus ir sukėlė). TTA procesas); tyrėjai parinko sensibilizatoriaus ir naikintojo derinį. Tada šis dviejų komponentų lydalas buvo atšaldomas virš temperatūros gradiento kontroliuojamo paviršiaus, kad susidarytų kietojo kūno matoma UV fotonų UC plona plėvelė.

Tai nauja technika-temperatūrinio gradiento kietėjimas – yra labai kontroliuojamas ir atkuriamas, o tai reiškia, kad jis suderinamas su realiais pramoniniais procesais. Prof. Murakami mums sako: „Manome, kad temperatūros kontroliuojamas kietėjimas gali būti tvirtas pagrindas kuriant pažangias fotonų UC plėveles, taip pat ant kieto pagrindo nenaudojant. organiniai tirpikliaikaip pirmą kartą parodo šis darbas“.

Galiausiai, parodyti matomą UV spinduliuotę fotonas Plonos plėvelės UC, mokslininkai panaudojo ją su 1 saulės intensyvumo imituojančia saulės šviesa, susidedančia tik iš matomos šviesos, kad sėkmingai išgydytų ir sukietėtų derva, kuriai kitu atveju tam pačiam procesui prireiktų UV šviesos.

Šiame tyrime pirmą kartą buvo pristatyta nauja UC kietųjų medžiagų klasė, turinti precedento neturintį fotostabilumą, kuri gali būti realiai naudojama mažo intensyvumo matomos šviesos fotonams paversti UV šviesos fotonais esant orui.

„Mūsų tyrimai ne tik išplės naujos klasės UV šviesą generuojančių medžiagų tyrimą medžiagos bet taip pat padės iš esmės išplėsti gausios silpnos matomos šviesos naudą, kad būtų galima naudoti UV spinduliais veikiančias programas“, – daro išvadą prof. Murakami.