Eine Forschungsgruppe unter der Leitung von Prof. Wu Kaifeng vom Dalian Institute of Chemical Physics (DICP) der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (CAS) hat über die effiziente Nahinfrarot-Photonen-Aufwärtskonvertierung berichtet, die durch bleifreie Halbleiter-Nanokristalle sensibilisiert wird, und ihre neuartige Anwendung demonstriert in der Solarsynthese.
Die Studie wurde veröffentlicht in Naturphotonik am 6. Februar.
Die Aufwärtskonvertierung von Nahinfrarot-Photonen in sichtbare Photonen kann die Leistung von Photovoltaik, Photoredox-Katalyse und Phototheranostik steigern. Die sensibilisierte Triplett-Fusion ist ein vielversprechendes Mittel zur Photonen-Aufwärtskonvertierung.
Aktuelle Photosensibilisatoren, die im nahen Infrarotbereich absorbieren können, enthalten jedoch häufig entweder wertvolle oder toxische Elemente, beispielsweise Palladium- oder Platinkomplexe und Bleichalkogenid-Nanokristalle.
In dieser Studie berichteten die Forscher über zinkdotierte CuInSe2-Nanokristalle als kostengünstigen und umweltfreundlichen Sensibilisator für die Aufwärtskonvertierung vom nahen Infrarot in den sichtbaren Bereich, der für diesen Spektralbereich eine externe Quanteneffizienz von 16,7 % erreichte.
Dieses Aufwärtskonvertierungssystem wurde weiter mit der Photoredoxkatalyse kombiniert, was eine reduktive Dehalogenierung, Aminoxidation, Kohlenstoff-Sauerstoff-Bindungsbildung und Photopolymerisation ermöglicht, die effizient durch Nahinfrarot-Photonen angetrieben wird.
Noch wichtiger ist, dass diese Reaktionen dank der breitbandigen Lichterfassung der Nahinfrarot-Nanokristalle unter Sonnenlicht in Innenräumen bemerkenswert schnell waren und beispielsweise die Polymerisation von Acrylaten innerhalb von nur 30 Sekunden ermöglichten.
„Die organische Synthese unter Sonnenlicht oder Sonnensynthese ist eine jahrhundertealte Idee, die von Ciamician et al. entwickelt wurde. Aber die Vision der organischen Chemiker war auf die Nutzung sichtbarer Photonen im Sonnenlicht beschränkt“, sagte Prof. Wu. „Unsere Studie erweitert die Reichweite der Solarsynthese auf Photonen im sichtbaren und nahen Infrarotbereich, die im Sonnenlicht reichlich vorhanden sind, was diese Technologie stark vorantreiben wird.“
Mehr Informationen:
Kaifeng Wu, Nahinfrarot-Photonen-Aufwärtskonvertierung und Solarsynthese unter Verwendung bleifreier Nanokristalle, Naturphotonik (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01156-6. www.nature.com/articles/s41566-023-01156-6