Fusão de fótons: Como transformar luz verde em azul

Redação do Site Inovação Tecnológica -  12/08/2016

Conversão ascendente de fótons: a transferência de energia entre as moléculas é baseada na troca de elétrons, tornando a estrutura adequada para uso em células solares e LEDs.[Imagem: Michael Oldenburg]

MOFs

As já tão versáteis estruturas metal-orgânicas, ou MOFs, demonstraram mais uma capacidade inusitada: elas transformam luz verde em luz azul.

O fenômeno, conhecido como conversão ascendente de fótons (upconversion), consiste em pegar dois fótons de energia mais baixa - verdes - e uni-los em um único fóton de energia mais alta - azul.

Esse uso mais eficiente da luz abre novas oportunidades de desenvolvimento de aplicações optoeletrônicas, que vão das células solares aos LEDs, porque envolve a liberação de elétrons.

SURMOFs

Michael Oldenburg e seus colegas do Instituto de Tecnologia de Karlsruhe, na Alemanha, descobriram o fenômeno ao fazerem as MOFs crescerem sobre superfícies orgânicas - isso dá origem ao termo SURMOF, que são MOFs cultivadas sobre superfícies, que lhes dão novas funcionalidades.

Só há poucos dias descobriu-se que as estruturas metal-orgânicas existem na natureza - até então acreditava-se que elas eram materiais exclusivamente artificiais.

"As SURMOFs combinam as vantagens dos semicondutores orgânicos e inorgânicos," explicou o professor Christof Woll. "Elas apresentam diversidade química e cristalinidade, permitindo criar heteroestruturas ordenadas."

Dependendo da superfície utilizada, essas estruturas podem ser produzidas com diferentes tamanhos de poros e funcionalidades químicas, de modo que elas são adequadas para uma ampla gama de aplicações, como sensores, catalisadores, diafragmas, em tecnologias de dispositivos médicos ou como elementos inteligentes de armazenamento, de hidrogênio, por exemplo.

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Conversão ascendente e liberação de elétrons

A conversão ascendente de fótons foi obtida cultivando uma SURMOF sobre outra, camada por camada. A interface entre as duas - uma heterojunção - captura dois fótons de baixa energia e os funde em um fóton único de alta energia.

O processo baseia-se na chamada aniquilação tripleto-tripleto, que envolve duas moléculas: uma sensibilizadora, a molécula que absorve os fótons e cria um estado tripleto de alta energia, e uma emissora, a molécula que pega o tripleto excitado e, usando a aniquilação tripleto-tripleto, libera um fóton com uma energia maior do que os fótons que foram inicialmente absorvidos.

Como a transferência de tripletos é baseada na troca de elétrons, a conversão ascendente de fótons inclui uma transferência de elétrons através da interface entre as duas SURMOFs. Isto torna as heterojunções adequadas para muitas aplicações optoeletrônicas, como LEDs e células solares.

Bibliografia:

Photon Upconversion at Crystalline Organic-Organic Heterojunctions
Michael Oldenburg, Andrey Turshatov, Dmitry Busko, Stephanie Wollgarten, Michael Adams, Nicolò Baroni, Alexander Welle, Engelbert Redel, Christof Wöll, Bryce S. Richards, Ian A. Howard
Advanced Materials
DOI: 10.1002/adma.201601718