基于压力的控制可实现可调谐的单线态裂变材料 以实现高效的光转换

应用静水压力作为外部刺激，东京工业大学和庆应义塾大学的研究人员展示了一种调节单线态裂变(SF)的新方法，在这个过程中，两个电子从单个光子在发色团中产生，为SF基材料的设计打开了大门，具有增强的(光)能量转换。他们的方法通过实现替代控制策略，超越了限制此类材料分子设计的严格要求。

单线态裂变(SF)是激发单线态的有机发色团(吸收光的分子)将能量转移到相邻发色团的过程，导致两个相关的三重态激子对(束缚电子-空穴状态对，一个表示没有电子的“空穴”)衰变为低能量三重态激子。这些激子具有较长的寿命并显示出高效的光发射，使SF有望实现高效的光能转换。

然而，SF基材料的分子设计受到激发单重态的能量必须至少等于两个三重态的能量的要求的限制。克服此限制的一种方法是施加外部刺激(例如温度或压力)来操纵SF过程。

现在，在发表在《化学科学》杂志上的一项合作研究中，东京工业大学(东京工业大学)的福原学教授和庆应义塾大学的Taku Hasobe教授首次展示了一种基于静水压力的策略，用于控制SF过程的动力学，为设计和制造新颖的， 可调谐的SF基材料。

“我们通过压力依赖性紫外/可见光和荧光光谱法以及荧光寿命和纳秒瞬态吸收测量，证明了SF中相关三重态对的静水压力控制形成和解离，”福原教授和Hasobe教授解释说。

在他们的研究中，研究人员使用联苯桥联五苯二聚体作为模型发色团，并在三种不同的溶剂中测试了其在静水压力范围内(从0.1 MPa(大气压)到180 MPa)的响应：甲苯，甲基环己烷和四氢呋喃。

使用定制的高压设备，研究人员通过监测发色团的荧光寿命衰减来测量不同压力下的激子生成速率，发色团表示发色团在初始激发后发射光子所需的时间。他们发现，相关三重态激子对产生的速率常数随着压力的增加而增加，表明更高的压力导致更快的SF过程。

使用纳秒级瞬态吸收技术，研究人员随后跟踪了三重态激子的衰变，发现它们在高压下的寿命缩短了。

基于量子产率计算和热力学估计，研究人员发现了产生相关对和单个激子的两种机制。在相关激子对的情况下，SF过程由分子的溶剂化和脱溶剂化驱动，导致比激发发色团更紧凑和热力学稳定的激子结构。相比之下，解离过程产生的单个激子被发现在热力学上更庞大，导致溶剂分子聚集并在高压下使它们失活。

通过这些发现，研究人员揭示了SF过程中涉及的不同系统(压力，溶剂，发色团，激子)之间的相互作用，为SF的传统控制策略提供了合适的替代方案。

“我们的研究为使用静水压力作为外部刺激来控制分子内SF提供了新的视角。这种动态控制概念可以扩展到其他SF支架和相关系统，这些系统在基态和激发态下都难以控制，“福原教授和Hasobe教授说。

　　免责声明：本文由用户上传，与本网站立场无关。财经信息仅供读者参考，并不构成投资建议。投资者据此操作，风险自担。 如有侵权请联系删除！