太阳能作为可再生能源的重要性正在增加

太阳能作为可再生能源的重要性正在增加。阳光中含有波长小于400nm的高能紫外光，可广泛用于例如光聚合形成树脂和光催化剂的活化以驱动产生绿色氢或有用碳氢化合物(燃料、糖、烯烃)的反应， ETC。)。后者通常被称为“人工光合作用”。通过紫外线光催化反应有效杀灭病毒和细菌是另一个重要应用。不幸的是，只有大约 4% 的地面阳光落在电磁波谱的紫外线范围内。这使得大部分太阳光光谱未被用于这些目的。

光子上转换 (UC) 可能是解决这个问题的关键。它是通过称为“三重态-三重态湮灭”的过程将长波长、低能量光子(如可见光中的光子)转换为短波长、高能量光子(如紫外光中的光子)的过程”(电讯局)。该领域的先前工作已经报道了使用有机溶剂溶液的可见光到紫外线 UC，这些溶液需要先将溶液脱氧，然后密封在密闭容器中，以防止暴露于氧气中，氧气会使基于 TTA 的光子 UC 样品失活和降解。这些材料不仅在氧气存在下缺乏光稳定性，而且在阳光强度的入射光下也无法有效发挥作用。这些问题在光子 UC 的实际应用中构成了障碍。

现在，东京工业大学的两位科学家——教授。Yoichi Murakami 和他的研究生 Riku Enomoto 先生提出了解决这些问题的方法——一种革命性的固体薄膜，可以对弱入射光进行可见光到 UV 光子 UC(图 1)，同时保持前所未有的光稳定性在空气中的时间。他们在材料化学杂志 C上发表的论文中描述了这一突破性发明。Murakami 教授解释了他们研究的新颖性。“我们的发明将使低强度光的可见部分得到实际利用，例如太阳光和 LED 室内灯，以用于使用紫外线有效完成的应用。而且它的光稳定性——被证明至少超过 100 小时，即使在空气中——是任何基于 TTA 的光子 UC 材料中报道的最高的，无论材料形式如何，只要我们可以调查。”

除了这一创纪录的光稳定性外，这些薄膜还具有超低的激发阈值(仅为太阳强度的 0.3 倍)和 4.3% 的高 UC 量子产率(标准化 UC 发射效率为 8.6%)——两者均在空气中存在——使得这一种材料，因为大多数此类材料在暴露于空气时都会失去其光子 UC 能力。

为了制备这种材料，研究人员将敏化剂(即可以吸收更长波长光子的分子发色团)与大量的湮灭剂(即从敏化剂接收三重态激发能量的有机分子，然后引起TTA过程);研究人员选择了敏化剂和湮灭剂的组合。然后将这种双组分熔体在温度梯度控制的表面上冷却，形成固态可见光到紫外光子 UC 薄膜。这种新技术——温度梯度凝固——具有高度可控性和可重复性，这意味着它与现实的工业过程兼容。Murakami 教授告诉我们，“我们相信温控凝固可以为开发先进的光子 UC 薄膜提供坚实的基础，

最后，为了证明薄膜的可见光到紫外线光子 UC，研究人员将其与仅由可见光组成的 1 个太阳强度的模拟太阳光一起使用，以成功固化和固化树脂，否则树脂需要紫外线才能实现同样的过程。

这项研究首次展示了一类具有前所未有的光稳定性的新型 UC 固体，可实际用于在空气存在下将低强度可见光光子上转换为紫外光光子。Murakami 教授总结道：“我们的研究不仅将扩大对新型紫外光产生材料的探索，还将有助于大幅扩大丰富的弱可见光在紫外光驱动下的应用。”