Cristais orga¢nicos de solução sãolida foram trazidos para a busca por materiais de upconversion de fa³tons superiores, que transformam a luz de comprimento de onda atualmente desperdia§ada em luz de comprimento de onda menor mais útil. Cientistas do Instituto de Tecnologia de Ta³quio revisitaram uma abordagem de materiais anteriormente considerada sem brilho - usando uma molanãcula desenvolvida originalmente para LEDs orga¢nicos - e alcana§aram excelente desempenho e eficiência. Suas descobertas abrem caminho para muitas novas tecnologias fota´nicas, como melhores células solares e fotocatalisadores para produções de hidrogaªnio e hidrocarbonetos.

A luz éuma fonte poderosa de energia que pode, se aproveitada corretamente, ser usada para impulsionar reações químicas teimosas, gerar eletricidade e operar dispositivos optoeletra´nicos. No entanto, na maioria das aplicações, nem todos os comprimentos de onda da luz podem ser usados. Isso ocorre porque a energia que cada fa³ton carrega éinversamente proporcional ao seu comprimento de onda, e os processos químicos e fa­sicos são acionados pela luz apenas quando a energia fornecida pelos fa³tons individuais excede um certo limite.

Isso significa que dispositivos como as células solares não podem se beneficiar de todas as cores contidas na luz do sol, pois ela écomposta por uma mistura de fa³tons com energias altas e baixas. Cientistas de todo o mundo estãoexplorando ativamente materiais para realizar a conversão ascendente de fa³tons (PUC), pela qual fa³tons com energias mais baixas (comprimentos de onda mais longos) são capturados e reemitidos como fa³tons com energias mais altas (comprimentos de onda mais curtos). Uma maneira promissora de perceber isso épor meio da aniquilação de trios triplos (ATT). Este processo requer a combinação de um material sensibilizador e um material aniquilador. O sensibilizador absorve fa³tons de baixa energia (luz de comprimento de onda longo) e transfere sua energia excitada para o aniquilador, que emite fa³tons de alta energia (luz de comprimento de onda mais curto) como resultado do TTA.

Encontrar bons materiais sãolidos para a PUC tem se mostrado um desafio por muito tempo. Embora as amostras la­quidas possam atingir uma eficiência PUC relativamente alta, trabalhar com la­quidos, especialmente aqueles que compreendem solventes orga¢nicos, éinerentemente arriscado e complicado em muitas aplicações. No entanto, os ensaios anteriores para criar sãolidos PUC geralmente sofreram de baixa qualidade de cristal e pequenos doma­nios de cristal, o que levou a curtas distâncias de viagem de estados excitados de tripleto e, portanto, baixa eficiência de PUC. Além disso, na maioria das amostras de PUC sãolidas anteriores, a estabilidade sob fotoirradiação conta­nua não foi testada e os dados experimentais foram frequentemente adquiridos em atmosferas de gás inerte. Consequentemente, a baixa eficiência e a estabilidade insuficiente dos materiais foram uma preocupação por muito tempo.

Agora, em um estudo recente liderado pelo professor associado Yoichi Murakami de Tokyo Tech, Japa£o, uma equipe de pesquisadores encontrou a resposta para esse desafio. Publicado na Materials Horizons , seu artigo ( acesso aberto ) descreve como eles se concentraram nos cristais de van der Waals, uma classe de materiais cla¡ssica que não foi considerada para a busca de sãolidos PUC de alta eficiência. Depois de descobrir que o 9- (2-naftil) -10- [4- (1-naftil) fenil] antraceno (ANNP), uma molanãcula de hidrocarboneto originalmente desenvolvida para LEDs orga¢nicos azuis, era um excelente aniquilador para incorporar seu conceito, eles tentaram misturar com platina octaetilporfirina (PtOEP), um sensibilizador ba¡sico que absorve a luz verde.

A equipe descobriu que a agregação das moléculas sensibilizadoras poderia ser completamente evitada utilizando a fase cristalina de uma solução sãolida de van der Waals com uma proporção suficientemente baixa de PtOEP para ANNP (cerca de 1: 50000). Eles procederam a  caracterização completa dos cristais obtidos e encontraram alguns insights sobre por que usar o aniquilador ANNP evitou a agregação do sensibilizador quando outros aniquiladores existentes falharam em fazaª-lo em estudos anteriores. Além disso, os cristais sãolidos que a equipe produziu eram altamente esta¡veis ​​e exibiam um desempenho excelente, como observa o Dr. Murakami: "Os resultados de nossos experimentos usando luz solar simulada indicam que a a³tica de concentração solar, como lentes, não émais necessa¡ria para converter com eficiência a luz solar terrestre."

No geral, este estudo traz os cristais de van der Waals de volta ao jogo da PUC como uma forma eficaz de criar materiais sãolidos excelentes usando aniquiladores de hidrocarbonetos versa¡teis. "A prova de conceito que apresentamos em nosso artigo éum grande salto tanãcnico na busca por sãolidos PUC de alto desempenho, o que abrira¡ diversas tecnologias fota´nicas no futuro", conclui o Dr. Murakami. Esperamos que pesquisas futuras neste ta³pico nos permitam transformar a luz com eficiência em suas formas mais aºteis.