Brug porøse krystaller til at høste lys

Henter inspiration fra fotosyntese, KAUST -forskere har udviklet et nyt spin på organiske metalrammer (MOF'er), der kan hjælpe solceller med at samle mere energi fra solen.

En MOF er en slags porøs krystal fremstillet af et gitter af metalbaserede noder forbundet med carbonbaserede linkermolekyler. MOF'er er særligt alsidige materialer, fordi forskere let kan designe og finjustere deres egenskaber ved at ændre linkere eller noder. MOF'er undersøges allerede som katalysatorer og til brug i applikationer, såsom gasseparation, registrering og opbevaring.

En ny MOF udviklet på KAUST efterligner et afgørende energioverførselstrin i fotosyntese, den naturlige proces, som planter bruger til at opsamle lys og omdanne det til kemisk energi.

De lysegule MOF-krystaller indeholder 12-koordinerede zirkoniumbaserede klynger og to forskellige organiske linkere:et benzimidazolmolekyle kendt som BI, og en thiadiazol kaldet TD. De to linkere blev designet ikke kun til at have lignende størrelse og form, men vigtigst af alt at have en meget stærk spektral overlapning, en nøglefunktion for effektive energioverførselsprocesser.

Forskerne skinnede ultraviolet lys med en bølgelængde på 315 nanometer ved MOF. De fandt ud af, at dets BI -linker absorberede lyset og derefter hurtigt udsendte energien ved en længere bølgelængde på 430 nanometer, svarende til blåt lys. TD -linkeren absorberede effektivt dette blå lys, og genudsendte energien som grønt lys med en bølgelængde på 530 nanometer.

Forskerne overvågede energioverførselsprocessen ved hjælp af en teknik kaldet tidskorreleret enkelt-foton tælling, som kan spore lysets udsendelse over utroligt korte tidsskalaer. Dette afslørede, at energioverførselsprocessen mellem de to linkere tog cirka 100 picosekunder, eller hundrede billioner af et sekund. "Det er udfordrende at designe og syntetisere et sådant let høstsystem og observere dette hurtige energioverførselsfænomen, "siger teammedlem Jiangtao Jia fra KAUST's Advanced Membranes and Porous Materials Center.

"Men takket være KAUSTs stærke forskningsinfrastruktur, vi har en af ​​de bedste faciliteter i verden til at bestemme fotoluminescens levetid til picosekundens tidsskala, "tilføjer teammedlem Luis Gutieŕrez-Arzaluz.

Dette gjorde det muligt for teamet at konstatere, at energioverførselsprocessen havde en effektivitet på over 90 procent, hvilket gør det til en af ​​de mest effektive energioverførsels-MOF'er til dato. "I fremtiden, denne bevidste kontrol på molekylært niveau kunne bane vejen for design af meget effektive kunstige fotosyntesesystemer baseret på MOF -materialer, "siger Jia.