新型固态材料可将阳光转化为紫外线

日本九州大学研究人员成功开发出一种固态分子材料，可在普通户外光照条件下，将太阳光中丰富的可见光（约占阳光总能量的45%）转化为紧缺但用途广泛的紫外线（UV）。传统上，紫外线仅占到达地表阳光的约6%，且其中适合工业应用的部分更少。本研究利用‘三重态-三重态湮灭’（TTA）原理：先由‘给体’分子吸收两个可见光光子，进入高能三重态；当两个三重态分子靠近时，能量合并并释放出一个紫外光子。过去TTA多在液体中实现，但需有毒溶剂且易挥发，实用性差；而固态体系因分子排列紧密，三重态容易相互猝灭（即能量提前耗散），长期难以突破。研究团队选用有机半导体‘二氢茚并茚烯’（DHI）为基础，通过在其sp³杂化碳原子上引入烷基链，精准调控相邻分子间距——既保证能量高效传递，又避免电子云过度重叠导致的猝灭。最终材料发光强、激发态寿命长、荧光量子产率超60%，与给体分子组合后，光子上转换效率达1.9%（即每吸收100个可见光光子，产生约2个紫外光光子）。该效率看似不高，但完全依赖自然阳光，远超同类固态材料在强光下的表现。材料合成简便、原料廉价，已申请专利，未来可应用于太阳能驱动的光催化、室内空气净化及低强度3D打印。这项成果凝聚了九州大学团队14年持续攻关：自2012年金塚信夫教授（现为名誉教授）启动基于分子自组装的光子上转换研究起，历经溶液、凝胶体系探索，终于在2024年5月临近退休前取得关键突破；多名研究生与萨崎洋一副教授、水上喜一助教通力合作，将多年积累整合成发表于《自然·通讯》的成果，并在金塚教授离任前11天提交论文，成为一份饱含敬意的‘退休礼物’。