Shargeel Ahmad
Introducción:
Es muy importante encontrar nuevos materiales para las tecnologías de conversión de energía solar que nos ayuden a ahorrar energía para las generaciones futuras. Aprovechar la idea de la conversión ascendente por aniquilación de tripletes (TTA UC) requiere un material híbrido inteligente que supere la distancia requerida para una transferencia de energía de tripletes suave y eficiente (TEnT). Sin embargo, el proceso TTA UC es una de las mejores metodologías de cambio de longitud de onda en la que los dos fotones de baja energía (hu1) que tienen una longitud de onda alta se absorben y se transforman en un fotón de alta energía (hu2) con una longitud de onda baja a través del mecanismo de transferencia de energía de tipo Dexter. En nuestra demostración anterior, hemos informado de la transferencia de energía de tripletes entre PtOEP (PtOEP = octaetilporfina de Pt (II)) como sensibilizador y Zn-perileno SURMOF como aceptor en solución de acetonitrilo [5] haciendo modificaciones de superficie e interfaz sólido-líquido. Aquí presentaremos una idea novedosa de utilizar la interfaz sólido-sólido haciendo la heterojunción SURMOF-SURMOF para estudiar TTA UC.
El TTA UC se ha estudiado utilizando una variedad de materiales para mejorar las demandas contemporáneas de energía solar. Además, se han realizado esfuerzos notables para utilizar los materiales modernos de estructuras metalorgánicas ancladas en la superficie (SURMOF) en la separación de gases, la electrónica, la reducción de CO2, la división del agua, la energía fotovoltaica y, más recientemente, en el sistema TTA-UC debido a su orientación de crecimiento controlada, tamaño de poro ajustable y la más alta cristalinidad. Además, estudios previos mostraron que la orientación aleatoria del fotosensibilizador que se disolvió en la solución también podría obstaculizar la transferencia de energía triplete en la celda fotoelectroquímica.
Estrategias experimentales:
Preparación de sustratos
Los sustratos de vidrio de cuarzo / vidrio FTO (SOLARONIX, Suiza) se limpiaron en acetona durante aproximadamente diez minutos en un baño ultrasónico y luego se trataron con plasma bajo O2 durante casi treinta minutos para generar una superficie con -OH (grupos hidroxilo). Estos sustratos limpios se usaron instantáneamente para cultivar SURMOF.
Preparación de Zn-perileno SURMOF
Liquid phase epitaxy technique is used for the preparation of the Zn-Perylene SURMOFs on top of FTO /Quartz Glass substrates. We prepared a concentration zinc acetate ethanolic solution (1 mM). On top of cleaned FTO we sprayed it for 5s. After 30s wait, 3,9 perylene dicarboxylic acid ethanolic solution was sprayed ( concentration:20-40M; spray time: 20 s, waiting time: 30 s). This alternate spray process of Zn-acetate as metal linker and 3,9 perylene dicarboxylic acid as organic linker supported the formation of highly crystalline metal organic framework thin film and more detail can be found somewhere in the literature.
Preparation of Zn-porphyrin SURMOF and Its Heterojunction
SURMOF of Zn (II) metalloporphyrin were fabricated using well established highly throughput automated spray system Briefly, a concentration of 20 mM Zn(II)metalloporphyrins in ethanol (spray time: 25s, waiting time: 35s) and a concentration of 1 mM zinc acetate in ethanol (spray time: 15 s, waiting time: 35 s) were one by one sprayed onto the FTO / Quartz Glass substrates in a layer-by-layer fashion using N2 as a carrier gas (0.2 mbar). In between, pure ethanol was used for rinsing to get rid of the unreacted species from the surface (rinsing time: 5 s). The thickness of the sample was controlled by the number of deposition cycles. Moreover, the SURMOF-SURMOF heterojunction was formed by firstly growing the 20 cycles of Zn-perylene SURMOF and on top of it 20 more cycles of Zn (II) metalloporphyrin SURMOF was added to make heterojunctions. Moreover, the formation of heterojunction which is described in the literature.
Triplet-triplet annihilation upconversion (TTA UC) setup
First of all, 40 mg/ml PMMA (poly methyl (methacrylate) was prepared in the acetonitrile solution. Then as prepared MOF thin film material consisting of FTO/Quartz Glass-Zn-perylene SURMOF+Zn-porphyrin SURMOF were immersed into the well mixed acetonitrile solution of PMMA which was degassed with N2 for half an hour. The heterostructure was characterized for triplet triplet annihilation upconversion using laser light source.
Results and Discussions
En la Figura 3 se muestra un análisis comparativo del espectro ultravioleta-visible (UV-vis) de la heterojunción Zn-perileno SURMOF, Zn-porfisina SURMOF y Zn-perileno-Zn-porfirina. El espectro UV-vis de la heterojunción Zn-perileno SURMOF solo varía de 358 nm a 470 nm (en marrón), que también se compara con la solución de ácidos dicarboxílicos de perileno libres [11], lo que indica un desplazamiento hacia el azul en la muestra de película delgada de MOF. El UV-vis de la Zn-porfirina muestra una banda Sorret a 440 nm y dos bandas Q entre 530 nm y 614 nm. La molécula de tetrafenilprofirina Zn (II) muestra dos bandas Q que son diferentes de la porfirina de base libre, lo que genera cuatro bandas Q porque la coordinación del ion Zinc+2 con la molécula de porfirina cambia la simetría de la molécula anterior. La combinación UV-vis de la heteroestructura SURMOF de Zn-perileno y SURMOF de Zn-porfirina se superpone con todas las bandas de ambas películas delgadas de MOF que se muestran en la figura 3 (rojo). La fusión de todas las bandas en la heteroestructura SURMOF es muy importante para la absorción eficiente de la luz verde y su conversión en luz azul.
Conclusión y significado: Los materiales inteligentes e híbridos basados en películas delgadas de MOF se pueden utilizar para mejorar la conversión de energía mediante aniquilación de tripletes. El material híbrido estudiado se puede utilizar para los futuros dispositivos de conversión de energía. El punto de vista es que se puede fabricar un prototipo de dispositivo de célula solar sensibilizada por colorante con una película delgada de MOF altamente cristalina. Además, se ha demostrado que la fotocorriente se puede mejorar significativamente al superar la distancia más larga, lo que finalmente puede superar el límite de Shockley-Queisser.