A importância da energia solar como recurso de energia renovável está aumentando. A luz solar contém luz ultravioleta de alta energia com comprimento de onda menor que 400 nm, que pode ser amplamente utilizada, por exemplo, para fotopolimerização para formar uma resina e ativação de fotocatalisadores para conduzir reações que geram hidrogênio verde ou hidrocarbonetos úteis (combustíveis, açúcares, olefinas , etc). Este último é freqüentemente chamado de “fotossíntese artificial”. A reação fotocatalítica por luz ultravioleta para matar vírus e bactérias com eficiência é outra aplicação importante. Infelizmente, apenas cerca de 4% da luz solar terrestre cai dentro da faixa UV no espectro eletromagnético. Isso deixa uma grande parte do espectro da luz solar inexplorada para esses propósitos.
A conversão ascendente de fótons (UC) pode ser a chave para resolver esse problema. É o processo de conversão de fótons de comprimento de onda longo e baixa energia (como os presentes na luz visível) em fótons de alta energia e comprimento de onda curto (como os presentes na luz ultravioleta) por meio de um processo chamado “aniquilação tripla-tripla “(TA). Trabalhos anteriores neste campo relataram UC visível para UV usando soluções de solvente orgânico que exigiam que a solução fosse desoxigenada primeiro e depois selada em um recipiente hermético para evitar a exposição ao oxigênio que desativou e degradou as amostras de UC de fótons à base de TTA. Esses materiais não apenas careciam de fotoestabilidade na presença de oxigênio, mas também falhavam em funcionar efetivamente com luz incidente de intensidade de luz solar. Essas questões apresentaram obstáculos nas aplicações práticas do fóton UC.
Agora, dois cientistas da Tokyo Tech – Prof. Yoichi Murakami e seu aluno de pós-graduação Sr. Riku Enomoto – chegaram a uma solução para esses problemas – um filme sólido revolucionário que pode executar UC de fóton visível para UV para fracos luz incidente enquanto permanece fotoestável por uma quantidade de tempo sem precedentes no ar. Eles descrevem esta invenção revolucionária em seu artigo publicado no Journal of Materials Chemistry C. Prof. Murakami explica a novidade de sua pesquisa. “Nossa invenção permitirá a utilização prática da parte visível da luz de baixa intensidade, como a luz do sol e a luz LED de ambiente, para aplicações que são efetivamente feitas com luz ultravioleta. E sua fotoestabilidade – comprovada em pelo menos mais de 100 horas, mesmo na presença de ar – é o mais alto já relatado em qualquer material UC de fóton baseado em TTA, independentemente da forma do material, desde que pudéssemos pesquisar.”
Além dessa fotoestabilidade recorde, esses filmes tinham um limiar de excitação ultrabaixo (apenas 0,3x a intensidade do Sol) e um alto rendimento quântico UC de 4,3% (eficiência de emissão UC normalizada de 8,6%) — ambos na presença de ar — tornando este material único, já que a maioria dos materiais desta classe perde sua capacidade de UC de fótons quando expostos ao ar.
Para preparar esse material, os pesquisadores fundiram um sensibilizador (ou seja, cromóforo molecular que pode absorver fótons de comprimento de onda mais longo) com uma quantidade muito maior de um aniquilador (ou seja, molécula orgânica que recebeu a energia tripla excitada do sensibilizador e então causou a processo TTA); a combinação do sensibilizador e aniquilador foi selecionada pelos pesquisadores. Este fundido bicomponente foi então resfriado sobre uma superfície controlada por gradiente de temperatura para formar um filme fino UC de estado sólido visível para fótons UV. Esta nova técnica – solidificação por gradiente de temperatura – é altamente controlável e reproduzível, o que significa que é compatível com processos industriais realistas. O Prof. Murakami nos diz: “Acreditamos que a solidificação controlada por temperatura pode fornecer uma base sólida para o desenvolvimento de filmes UC de fótons avançados, também em um substrato sólido sem o uso de solventes orgânicos, conforme demonstrado pela primeira vez neste trabalho.”
Finalmente, para demonstrar o fóton UC visível para UV do filme fino, os pesquisadores o usaram com uma luz solar simulada de intensidade de 1 sol, consistindo apenas em luz visível para curar e solidificar com sucesso uma resina que, de outra forma, exigiria luz ultravioleta para o mesmo processo.
Este estudo apresentou, pela primeira vez, uma nova classe de sólidos UC com fotoestabilidade sem precedentes que pode ser realisticamente usada para a conversão ascendente de fótons de luz visível de baixa intensidade em fótons de luz ultravioleta na presença de ar. “Nossa pesquisa não apenas expandirá a exploração de uma nova classe de materiais geradores de luz UV, mas também ajudará a ampliar substancialmente a utilidade da abundante luz visível fraca para aplicações que são impulsionadas pela luz UV”, conclui o Prof. Murakami.
Com informações de Science Daily.