Флуоресцентные красители поглощают свет с более короткими длинами волн (высокая энергия, e.грамм. синий свет) и излучать свет с более длинными волнами (низкая энергия, e.грамм. красный свет). Повышающее преобразование света добиться гораздо труднее.
Преобразование с повышением частоты означает, что флуоресцентный краситель возбуждается излучением в видимом диапазоне, но излучает в ультрафиолетовом диапазоне. Такие красители можно использовать для запуска высокоэнергетических каталитических реакций, таких как расщепление воды на солнечной энергии, просто используя обычный дневной свет в качестве источника энергии.
Такие красители расширили бы диапазон доступной энергии возбуждения.
Нобухиро Янаи и его коллеги из Университета Кюсю, Япония, изучают мультихромофорные системы на предмет их способности преобразовывать флуоресцентный свет с повышением частоты.
Янаи объясняет, как работает повышающее преобразование: «Повышающее преобразование флуоресценции происходит, когда две молекулы хромофора, которые были возбуждены сенсибилизатором в триплетном состоянии, сталкиваются. Это столкновение аннигилирует сенсибилизированную энергию и поднимает хромофоры на более высокий энергетический уровень. Оттуда они испускают энергию в виде излучения."
Однако на практике сложно достичь эффективных конструкций хромофоров с повышающим преобразованием – существующие системы требуют высокоинтенсивного излучения и по-прежнему не достигают эффективности более десяти процентов. «Основная причина низкой эффективности заключается в том, что молекулы хромофора сенсибилизатора также поглощают большую часть света, преобразованного с повышением частоты, который затем теряется», – говорит Янаи.
Напротив, пара донорно-акцепторных хромофоров, разработанная Янаи и его коллегами, демонстрирует уровни энергии, которые настолько точно отрегулированы, что достигла рекордной 20-процентной эффективности преобразования с повышением частоты. Практически отсутствует обратное поглощение и низкие безызлучательные потери.
Новая пара хромофоров состояла из донора на основе иридия, который был признанным сенсибилизатором, и акцептора нафталина, который был новым соединением.
Низкое обратное поглощение и незначительные радиационные потери означают, что интенсивность возбуждающего излучения может быть низкой. Исследователи сообщили, что солнечного излучения было достаточно для достижения высокой эффективности преобразования с повышением частоты. Использование искусственного света стало возможным даже в помещениях.
Авторы держали светодиодную лампу над ампулой, заполненной раствором хромофора, и измеряли интенсивность испускаемого УФ-света.