Перенос энергии происходит не только в искусственно созданных, но и в природных системах — например, при фотосинтезе.
Несколько лет назад ученые описали родственный PCET механизм — протон‑сопряженный перенос синглетного возбуждения (PCEnT). Теперь команда специалистов Даляньского института химической физики Китайской академии наук под руководством профессора Кайфэна Ву обнаружила еще один, до сих пор неизвестный механизм переноса триплетной энергии с помощью протонного челнока — PS-TET.
Триплетный перенос энергии — важный путь перемещения энергии как в природных, так и в синтетических системах, но он работает иначе, чем синглетный. Понимание того, как движение протонов влияет на этот процесс, может открыть новые способы управления потоками энергии в передовых материалах. В своем новом исследовании китайские ученые описали механизм, который наблюдался при переходе энергии от коллоидных квантовых точек на основе селенида цинка к акцепторам фенол-пиридина, прикрепленным к их поверхности.
Когда квантовые точки ZnSe поглощают свет, они переходят в возбужденное состояние. Дырка (положительный заряд) перемещается от ZnSe к фенолу, одновременно протон смещается от фенола к пиридину. Затем электрон переходит от ZnSe к феноксильному радикалу, а протон возвращается от пиридиния на исходную позицию. Эти связанные шаги приводят к общему переносу спин-триплетной энергии от квантовых точек к молекулам фенол-пиридина. Протон в итоге оказывается на прежнем месте, но его временное перемещение оказывает огромное влияние — челнок значительно увеличивает скорость и эффективность переноса триплетной энергии по сравнению с аналогом без протонного челнока.
Схема переноса триплетной энергии с помощью протонного челнока.Особенно интригующей оказалась почти полная независимость скорости процесса от температуры. Это означает, что протон перемещается не через обычный тепловой процесс, а посредством квантово-механического туннелирования. Расчеты, включающие интегралы перекрытия протонных колебательных волновых функций, подтвердили эту интерпретацию. Таким образом квантовые эффекты можно использовать для контроля переноса заряда и энергии в сложных материалах даже при комнатной температуре.
«Открытие механизма PS-TET имеет глубокие последствия для многих современных молекулярных технологий, использующих спин-триплетные возбужденные состояния молекул», — отметил профессор Ву. Повышение эффективности генерации триплетов может улучшить фотокаталитические и экологические процессы. В других технологиях, напротив, формирование триплетов нужно ограничивать — органические оптоэлектронные устройства, например, солнечные батареи и лазеры работают лучше при подавлении нежелательных триплетных состояний.
Ранее российская технология усилила оптический сигнал в 100 тысяч раз.
Источник новости: hi-tech.mail.ru
