В последнее десятилетие метод ап-преобразования фотонов, который использует триплет-триплетную аннигиляцию (ТТА) органических молекул, привлек внимание, потому что в настоящее время это единственный метод, применимый к слабому свету, например солнечному. В этом методе комбинируются два вида органических молекул или хромофоров: сенсибилизатор и эмиттер. Сенсибилизатор поглотит фотон и переведет его в возбужденное триплетное состояние. Затем энергия возбуждения передается эмиттеру.
Когда два эмиттера, обладающих энергией возбуждения, сталкиваются, один из них переходит в свое самое низкое возбужденное синглетное состояние и высвобождает преобразованный с повышением частоты фотон, который может быть собран для преобразования энергии.Хотя многие исследования преобразования фотонов с повышением частоты были выполнены в органических растворителях, их практическое использование ограничено из-за высокого давления пара, токсичности пара, воспламеняемости и отсутствия термической стабильности смесей растворителей.
К настоящему времени было предложено множество подходов для преодоления этих ограничений, включая использование вязких текучих сред, таких как ионные жидкости, которые имеют низкое давление пара и высокую термическую стабильность. Однако практичность ионных жидкостей также ограничена из-за относительно высокой стоимости исходных материалов и процессов синтеза, а также их плохой биоразлагаемости.Чтобы фундаментально решить эти предыдущие проблемы, ученые из Tokyo Tech разработали TTA-преобразование фотонов с повышением частоты с использованием нового класса жидкостей, известных как глубокие эвтектические растворители (DES). DES являются потенциальной альтернативой ионным жидкостям, поскольку они обладают желаемыми свойствами, аналогичными свойствам ионных жидкостей, и могут быть созданы путем простого смешивания двух веществ, донора водородной связи и акцептора водородной связи, без необходимости в синтетических процессах.
Исходные вещества для создания DES также обычно намного дешевле, безопаснее и биоразлагаемее, чем вещества, необходимые для создания ионных жидкостей, что делает их идеальной альтернативой.Фотографии используемых DES и разработанных преобразователей частоты с повышением частоты фотонов показаны на сопроводительном изображении.
Приготовленный DES был оптически прозрачным и бесцветным и использовался в качестве растворителя для хромофоров сенсибилизатора и эмиттера. Справа от изображения показаны фотографии проявленного преобразователя фотонов с повышением частоты. Образец преобразует слабый падающий зеленый свет (длина волны: 532 нм; мощность: 2-3 мВт) в синее излучение (длина волны: ~ 440 нм).
Ожидаемая высокая термическая стабильность подтверждена отсутствием возгорания и дымления при воздействии пламени горелки в течение 1 мин.Примечательно, что квантовый выход фотонного преобразования с повышением частоты для образцов достиг 0,21 (где максимальный квантовый выход определен как 0,5; один фотон с более высокой энергией создается с использованием двух фотонов с более низкой энергией при максимальном повышающем преобразовании фотона). Это соответствует квантовой эффективности преобразования с повышением частоты 42% (максимум которой определяется как 100%).
Это относительно высокий КПД.В целом, ученые разработали новую материальную платформу для повышающего преобразования фотонов ТТА с использованием более дешевых, менее токсичных и термически стабильных DES.
Это достижение считается важной вехой для реализации практического применения технологии преобразования фотонов с повышением частоты.