Opkonverteringsfluorescens i metalorganiske rammer

NUS-kemikere har udviklet en ny klasse af krystallinske materialer til potentielt at høste nær-infrarød (NIR) stråling.

Ikke-lineær optisk proces (NLO) beskriver den ikke-lineære opførsel af lys, når det kommer ind i et passende medium. Denne proces har vidtgående anvendelser, der inkluderer 3-dimensionel (3-D) datalagring, 3-D mikrofremstilling, høj opløsning billeddannelse og optisk begrænsende applikationer. Opkonverteringsfluorescens er en sådan proces, hvor fotoner med lavere energi (typisk to, i en to foton opkonverteringsproces) kombineres for at give en enkelt foton med højere energi.

Der er mange typer ikke-lineære materialer, der kan udvise en sådan optisk adfærd. Selvlysende materialer såsom halvleder- eller lanthanidnanopartikler er mere attraktive sammenlignet med fluorescerende organiske farvestoffer, fordi de forbliver stabile, når de udsættes for lys. Imidlertid, den proces, der kræves for at fastgøre organiske molekyler på dem, er vanskeligere. En ny klasse af hybridmaterialer kendt som metal-organiske rammer (MOF'er), som er bygget af organiske spacerligander og metalioner eller metalklynger, er lysstabil og giver mulighed for nem vedhæftning af organiske molekyler. Dette gør dem særligt velegnede til to-foton opkonverteringsproces.

Prof JJ VITTAL og hans forskerhold fra Institut for Kemi, NUS har udviklet nye MOF'er, der er i stand til at omdanne NIR-stråling til synligt lys i fast tilstand. De opdagede, at pakningsarrangementet af molekylerne, der er ansvarlige for lysopkonverteringen, er afgørende for at bestemme intensiteten af ​​det synlige lys, som kan udsendes fra det. Dem med udvidede strukturer med større hulrum mellem molekyler er i stand til at give højere lyskonverteringseffektivitet.

Professor Vittal sagde, "Designet af molekylære faste stoffer med ønskede egenskaber er muligt ud fra en bedre forståelse af deres intermolekylære interaktioner." Med udgangspunkt i disse resultater, forskerholdet udvikler bedre opkonverteringsmaterialer med højere lyskonverteringseffektivitet. Disse materialer kan potentielt høste det infrarøde, ultraviolet og synligt lysspektrum til solcelleapplikationer.