Cientistas Japoneses alcançam fluorescência invertida de alta eficiência
Fluorescência é um fenômeno que geralmente se refere à conversão de luz absorvida em um menor comprimento de onda (fótons mais energéticos) em luz emitida com um maior comprimento de onda (fótons menos energéticos). Pesquisadores descreveram agora um sistema cromóforo que funciona de forma contrária (up-conversão) e com alta eficiência: quando excitado com luz visível (maior comprimento de onda), os pigmentos fluorescentes emitem radiação eletromagnética na região do ultravioleta (menor comprimento de onda). O achado foi publicado no periódico Angewandte Chemie (1), e pode gerar grandes avanços em reações fotocatalisadas onde alta eficiência é importante, como em sistemas solares de fotólise da água para a produção de gás hidrogênio (H2) e (O2).
Up-conversão de fóton tripleto-tripleto aniquilação-baseada (TTA-UC) possui o potencial de eficientemente converter fótons de menor energia para fótons de mais alta energia em uma intensidade de excitação mais fraca. Em química quântica, um tripleto representa um sistema com três possíveis valores de spin (uma propriedade intrínseca de subpartículas atômicas), associados a três distintos mas energeticamente similares estados eletrônicos. O processo de TTA-UC ocorre em sistemas multi-cromóforos onde a energia do tripleto excitado de um doador (sensibilizador) é transferida para um aceptor (emissor), com os aceptores tripletos sensibilizados sendo aniquilados e gerando uma emissão up-convertida.
Em outras palavras, uma fluorescência de up-conversão ocorre quando duas moléculas de cromóforos, as quais foram excitadas para um estado tripleto por um sensibilizador, colidem. Essa colisão aniquila a energia sensibilizada e leva os cromóforos para um estado singleto de mais alta energia em relação aos estados individuais de cada um. Desse estado de maior energia, os cromóforos emitem - via fluorescência - a energia na forma de fótons mais energéticos do que aqueles absorvidos.
Enquanto que processos TTA-UC de alta eficiência convertendo luz no espectro visível/quase-infravermelho para luz visível têm sido alcançados por vários grupos de pesquisa ao redor do mundo, processos TTA-UC convertendo luz visível (comprimento de onda maior do que 400 nm) para luz ultravioleta (UV, comprimento de onda menor do que 400 nm) têm sido alcançados com eficiências limitadas, variando de 5% até 10%.
No novo estudo, pesquisadores da Universidade Kyushu, Japão, produziram um sistema TTA-UC constituído de dois compostos cromóforos: o inédito aceptor 1,4-bis((triisopropilsilil)etilnil)naftaleno (TIPS-Nph) e o já conhecido doador Ir(C6)2(acac). A junção das duas moléculas gerou uma fluorescência de up-conversão visível --> UV com eficiência de 20,5%, um grande avanço na área que pode finalmente trazer o processo TTA-UC para o uso comercial em várias áreas de tecnologia. A up-conversão gerou eficiente produção de luz UV mesmo com fontes fracas de luz, como LEDs de ambiente.
IMPORTANTE: Desde que a absorção de luz para forma um tripleto a partir de um singleto é improvável, a emissão simetricamente relacionada de luz de um tripleto retornando para um estado de energia fundamental (ground state) é improvável. De fato, em algumas moléculas aromáticas os estados tripletos levam, na média, em torno de 30 segundos para emitirem luz. Esse fenômeno é conhecido como fosforescência, e permite um longo tempo de reemissão de luz mesmo com a interrupção da fonte emissora (como ocorre com o material usado nos interruptores de luz). Em contraste, temos a fluorescência, onde a emissão da luz absorvida a partir de um estado singleto retorna para um estado singleto fundamental, um processo que frequentemente ocorre em nanossegundos, ou seja, quase instantâneo.
(1) Publicação do estudo: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202012419
Reviewed by Saber Atualizado
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janeiro 27, 2021
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