Forskare från North Carolina State University har visat överföring av triplet excitonenergi från halvledarnanokrystaller till ytbundna molekylära acceptorer, att förlänga livslängden för det ursprungligen beredda upphetsade tillståndet med sex storleksordningar. Denna upptäckt har konsekvenser för områden som sträcker sig från solenergiomvandling till fotokemisk syntes till optoelektronik till ljusterapi för cancerbehandling.

Excitons är elektron/hålpar som bildas i halvledarnanokristaller vid absorption av ljus, tillfälligt lagra den som kemisk energi. I solceller, till exempel, excitonerna transporterar energi genom materialet så att det kan samlas in och omvandlas till elektricitet.

När det gäller fotokemi, den största nackdelen med att använda de flesta halvledarnanokrystaller som fotosensibiliserare ligger i deras korta upphetsade tillståndsliv - vanligtvis tiotals nanosekunder - vilket gör dem otillräckliga för att driva fotokemiska reaktioner. NC -statens kemiprofessor Felix Castellano, tillsammans med postdoc Cedric Mongin och doktorand Sofia Garakyaraghi, undrade om det skulle vara möjligt att förlänga halvledarens nanokristall upphetsade tillstånds livslängd till tidsskalor tillräckligt länge för att utföra kemi.

"Den grundläggande frågan var, 'Kan vi ta ett nanopartikel -upphetsat tillstånd med en livstid på tiotals nanosekunder och förlänga det genom sensibilisering, '"säger Castellano." Om vi ​​tar det ursprungliga nanokristall exciterade tillståndet och överför dess energi till en trillingacceptor på ytan av nanomaterialet, då bör det molekylära triplet exciterade tillståndet du skapar ha en tillräckligt lång livslängd för att främja kemiska reaktioner. Detta skulle också föreslå att halvledarnanokrystaller uppvisar molekylärt beteende. "

Castellanos team använde kadmiumselenid (CdSe) nanokristaller täckta med oljesyra, Mikhail Zamkov och hans doktorand Natalia Razgoniaeva vid Bowling Green State University. En del av oljesyran ersätts sedan av molekylär tripletacceptorn 9-antacenkarboxylsyra (ACA). När CdSe -nanokristallagret ACA träffas med en grön laserpuls, excitonen som produceras i CdSe överförs till ACA, bildar en molekylär triplett exciton med en millisekunds livstid. Detta representerar en livstid förlängning av sex storleksordningar, möjliggör efterföljande kemisk reaktivitet.

"Den andra fördelen är att genom att översätta excitonen från nanopartikelytan, istället för att involvera själva nanopartikeln i de önskade kemiska reaktionerna, du kommer inte att försämra nanopartikeln, "säger Castellano." Det kan fortsätta absorbera ljus och överföra energin till masslösningen. "