Ученые превратили обычный солнечный свет в ультрафиолетовое излучение, совершив крупный энергетический прорыв
Солнечный свет получил новое измерение: ученые разработали материал, который преобразует обычный солнечный свет в ультрафиолетовое излучение, открывая новые возможности для технологий, работающих на солнечной энергии.
Представьте, что вы наливаете две чашки теплой воды и ожидаете получить одну чашку кипятка. В повседневной жизни это невозможно, но нечто подобное может произойти в квантовом мире. Там две низкоэнергетические частицы света, известные как фотоны, могут объединить свою энергию, чтобы создать один фотон с гораздо большей энергией.
Исследователи из Университета Кюсю разработали твердотельный молекулярный материал, способный преобразовывать обычный видимый солнечный свет в ультрафиолетовое (УФ) излучение. Материал достиг эффективности преобразования в 1,9% при естественном солнечном свете на открытом воздухе. Результаты их исследований были опубликованы в журнале Nature Communications 23 июня.
Преобразование видимого солнечного света в УФ-излучение
Хотя большинство людей стараются избегать воздействия УФ-излучения летом, ультрафиолетовый свет играет важную роль во многих технологиях. Он используется для очистки воздуха, отверждения смол в 3D-печати и затвердевания гелей в зубных пломбах и продуктах для ногтей. Тем не менее, ультрафиолетовое излучение составляет лишь около 6% солнечного света, достигающего поверхности Земли, и только часть этого небольшого количества полезна для практических применений.
«В данном случае мы «складываем» энергию двух фотонов видимого света, чтобы получить один ультрафиолетовый фотон. Это захватывающий процесс, называемый фотопреобразованием», — объясняет Йоичи Сасаки, доцент инженерного факультета Университета Кюсю и ведущий автор исследования.
Один из способов достижения фотопреобразования — это процесс, называемый триплет-триплетной аннигиляцией (ТТА). В этом процессе молекула-«донор» поглощает видимый свет и перемещает свои электроны в высокоэнергетическое триплетное состояние. Затем эта энергия передается соседней молекуле-«акцептору». Когда два триплетных состояния встречаются, они объединяют свою энергию и высвобождают ее в виде одного ультрафиолетового фотона.
Этот подход хорошо работает в жидкостях, поскольку молекулы могут свободно перемещаться, что позволяет триплетным состояниям легче встречаться. Однако жидкие системы часто требуют использования токсичных растворителей и могут испаряться, что делает их менее практичными для практического применения. В течение многих лет исследователи искали эффективную твердотельную альтернативу.
