创新突破：新型混合材料实现低能量光向高能量光的转换！

近年来，科学技术的进步为新材料的研发提供了广阔的机遇。在这个背景下，一种能够吸收低能量光并将其转化为高能量光的新型材料引起了广泛关注。这种新材料利用有机分子和无机量子点之间形成的杂化结构，充分发挥它们各自的特性，实现了独特的光物理转换。通常情况下，这些材料之间的电子耦合相对较弱，导致光激发的载流子在空间中定位于点或者分布在分子的表面上。

近期，由来自德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员在 《自然化学》 杂志上发表了题为“ Efficient photon upconversion enabled by strong coupling between silicon quantum dots and anthracene” 的研究成果。

本研究旨在开发一种混合材料，能够高效地将低能量光转换为高能量光，并在太阳能、医学成像和夜视技术等领域带来革命性应用。研究团队通过将超小硅纳米粒子与有机分子相结合，设计了一种新型复合材料。该复合材料能够在有机和无机成分之间有效传递电子，可应用于更高效的太阳能电池板、更精确的医疗成像以及更优质的夜视镜。

该研究介绍了一种具有重要意义的新型复合材料。他们通过将连接硅量子点和蒽分子的化学连接剂中的碳-碳单键转化为双键的方法，实现了强耦合区域的访问，使得激发的载流子可以在蒽和硅之间空间扩散，并通过促进系统中的空间扩散作用，还设计出了一个光子上转换系统，其效率（17.2％）比相应的弱耦合系统更高，并且具有更低的阈值强度（0.5 W c m ^-2 ）。这些结果表明，通过有针对性的连接化学方法实现分子和纳米结构之间的强耦合，为定制光驱动应用材料的性质提供了一种补充途径。

这种材料采用了创新的设计方法，将硅和有机分子两种不同物质紧密结合在一起形成混合材料，具备完全不同的特性。通过光的特殊相互作用，该复合材料能够实现长波光子（如红外光）向短波光子（如蓝色或紫外线）的转化，这对传感器工作和广泛的化学反应至关重要。通过这个概念也许能够创造出可以看到近红外线的系统，对自动驾驶汽车、传感器和夜视系统很有用。除此之外，吸收低能量的光并使其具有更高的能量也可能有助于提高太阳能电池的效率，让太阳能电池捕获通常会穿过它们的近红外光。当技术经过优化后，捕获低能量光可以将太阳能电池板的尺寸缩小 30%。因此，该材料在生物成像、基于光的3D打印和雾中行驶的自动驾驶汽车、太阳能电池等领域具有巨大潜力。

参考文献

“Efficient photon upconversion enabled by strong coupling between silicon quantum dots and anthracene” by Kefu Wang, R. Peyton Cline, Joseph Schwan, Jacob M. Strain, Sean T. Roberts, Lorenzo Mangolini, Joel D. Eaves and Ming Lee Tang, 12 June 2023, Nature Chemistry.

DOI: 10.1038/s41557-023-01225-x

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