固溶有機(jī)晶體已被帶入到對(duì)卓越的光子上轉(zhuǎn)換材料的探索中，它將目前浪費(fèi)的長(zhǎng)波長(zhǎng)光轉(zhuǎn)化為更有用的短波長(zhǎng)光。現(xiàn)在，來自東京工業(yè)大學(xué)的科學(xué)家們重新審視了一種以前被認(rèn)為是乏善可陳的材料方法--使用一種最初為有機(jī)LED開發(fā)的分子--實(shí)現(xiàn)了出色的性能和效率。
他們的發(fā)現(xiàn)為許多新型光子技術(shù)鋪平了道路，如更好的太陽(yáng)能電池和用于氫氣和碳?xì)浠衔锷a(chǎn)的光催化劑。
光是一種強(qiáng)大的能量來源，如果利用得當(dāng)則可以用來驅(qū)動(dòng)頑固的化學(xué)反應(yīng)、發(fā)電并運(yùn)行光電設(shè)備。然而在大多數(shù)應(yīng)用中，并非所有波長(zhǎng)的光都能被使用。這是因?yàn)槊總€(gè)光子攜帶的能量與其波長(zhǎng)成反比，并且只有當(dāng)單個(gè)光子提供的能量超過一定的閾值時(shí)，化學(xué)和物理過程才會(huì)被光觸發(fā)。
這意味著像太陽(yáng)能電池這樣的設(shè)備無法從太陽(yáng)光中包含的所有顏色中受益，因?yàn)樗怯筛吣芰亢偷湍芰康墓庾咏M成的混合物。為此，來自世界各地的科學(xué)家正在積極探索實(shí)現(xiàn)光子上轉(zhuǎn)換(PUC)的材料，通過這種方法，能量較低的光子(波長(zhǎng)較長(zhǎng))被捕獲并作為能量較高的光子(波長(zhǎng)較短)重新發(fā)射出來。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一個(gè)有希望的方法是通過三線態(tài)-三線態(tài)湮滅(TTA)。這個(gè)過程需要結(jié)合敏化劑材料和湮滅劑材料。感光劑吸收低能量的光子(長(zhǎng)波長(zhǎng)的光)并將其激發(fā)的能量轉(zhuǎn)移到湮滅劑上，作為TTA的結(jié)果，湮滅劑會(huì)發(fā)射出更高能量的光子(短波長(zhǎng)的光)。
長(zhǎng)期以來，為PUC尋找良好的固體材料已被證明具有挑戰(zhàn)性。盡管液體樣品可以達(dá)到相對(duì)較高的PUC效率，但在許多應(yīng)用中，用液體工作，特別是那些包含有機(jī)溶劑的液體，本質(zhì)上是有風(fēng)險(xiǎn)的且非常麻煩。然而，以前創(chuàng)造PUC固體的試驗(yàn)一般都存在晶體質(zhì)量差和晶體域小的問題，這導(dǎo)致三線激發(fā)態(tài)的行進(jìn)距離短，因此，PUC效率低。此外，在大多數(shù)以前的固體PUC樣品中，沒有測(cè)試在連續(xù)光照下的穩(wěn)定性，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)往往是在惰性氣體環(huán)境中獲得的。因此，低效率和材料穩(wěn)定性不足的問題已經(jīng)被關(guān)注了很久。
現(xiàn)在，在由日本東京理工大學(xué)的Yoichi Murakami副教授領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)最新研究中，一個(gè)研究小組找到了解決這一挑戰(zhàn)的答案。他們的論文發(fā)表在《Materials Horizon》上，其描述了研究小組如何專注于范德瓦耳斯晶體--這是一個(gè)經(jīng)典的材料類別，在尋求高效率的PUC固體方面還沒有被考慮。在發(fā)現(xiàn)9-(2-萘基)-10-[4-(1-萘基)苯基]蒽(ANNP)--一種最初為藍(lán)色有機(jī)LED開發(fā)的碳?xì)浠衔锓肿?-是體現(xiàn)其概念的優(yōu)秀湮滅劑之后，研究人員嘗試將其跟一種吸收綠光的主食增感劑--八乙基卟啉鉑(PtOEP)混合。
該小組發(fā)現(xiàn)，通過利用范德瓦耳斯固體溶液的晶相，能夠以足夠低的PtOEP與ANNP的比例(約1:50000)完全避免敏化劑分子的聚集。他們對(duì)所獲得的晶體進(jìn)行了徹底的表征并發(fā)現(xiàn)了一些關(guān)于為什么使用ANNP湮滅劑可以防止感光劑的聚集，而其他現(xiàn)有的湮滅劑在以前的研究中卻未能做到這一點(diǎn)。此外，該團(tuán)隊(duì)生產(chǎn)的固體晶體高度穩(wěn)定并表現(xiàn)出出色的性能，正如Murakami博士所說的那樣：“我們使用模擬太陽(yáng)光的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不再需要透鏡等太陽(yáng)能濃縮光學(xué)器件來有效地向上轉(zhuǎn)換地球上的太陽(yáng)光。”
總體來說，這項(xiàng)研究使范德瓦耳斯晶體重新回到了PUC的游戲中并成為使用多功能碳?xì)浠衔镤螠鐒﹦?chuàng)造杰出固體材料的有效途徑。Murakami博士總結(jié)稱：“我們?cè)谡撐闹刑岢龅母拍钭C明是在尋求高性能PUC固體方面的一次重大技術(shù)飛躍，這將在未來開辟多樣化的光子技術(shù)。讓我們希望對(duì)這一主題的進(jìn)一步研究能使我們有效地將光轉(zhuǎn)化為最有用的形式。”
