九州大学开发出固态光子上转换材料,可将阳光高效转化为紫外光
B910化工消息：6月26日消息,日本九州大学(Kyushu University)研究团队在国际顶级期刊《Nature Communications》(2026年第17卷)发表最新成果,成功研制出一种可在自然阳光下将可见光转化为高能紫外光的固态分子材料,光子上转换效率达到1.9%,固态荧光量子产率超过60%。
该研究由九州大学工学研究院Yoichi Sasaki(佐佐木阳一)副教授担任通讯作者,团队核心成员包括研究生Naoyuki Harada、Hayato Shoyama、Nutnicha Boonmong以及时任助理教授Kiichi Mizukami,通讯作者之一的Nobuo Kimizuka(君塚信夫)名誉教授早在2012年便开启自组装分子体系光子上转换研究,历时14年终获突破。
这一技术基于三重态-三重态湮灭(TTA)机制:供体分子吸收可见光进入高能三重态,能量随后转移给受体分子,两个三重态相遇后合并释放出一个紫外光子。此前该过程在液相中易于实现,但液态体系往往依赖有毒溶剂且易挥发,限制了实际应用。在固态中,分子紧密堆积会导致电子云重叠,使三重态在相遇前就猝灭,这是长期困扰学界的难题。
团队的关键创新在于对一种名为DHI的有机半导体进行化学修饰——在其sp3碳原子上接枝烷基链,从而精确控制相邻分子间的间距,使分子既足够接近以高效传递能量,又保持足够间隔以避免激子猝灭。该材料表现出强发光、长寿命激发态和高效能量转移特性。
通讯作者Sasaki指出,材料合成相对简便且原料廉价,团队已提交专利申请。研究认为,该材料未来可用于太阳能驱动光催化、室内空气净化系统以及低强度3D打印固化技术,将紫外光应用从依赖人工紫外光源拓展到直接利用阳光。从产业应用角度看,该技术有望降低光催化反应和光固化制造对外部紫外光源的能耗依赖,为绿色化工和可持续制造提供新的材料基础。 （来源：Kyushu University）
该研究由九州大学工学研究院Yoichi Sasaki(佐佐木阳一)副教授担任通讯作者,团队核心成员包括研究生Naoyuki Harada、Hayato Shoyama、Nutnicha Boonmong以及时任助理教授Kiichi Mizukami,通讯作者之一的Nobuo Kimizuka(君塚信夫)名誉教授早在2012年便开启自组装分子体系光子上转换研究,历时14年终获突破。
这一技术基于三重态-三重态湮灭(TTA)机制:供体分子吸收可见光进入高能三重态,能量随后转移给受体分子,两个三重态相遇后合并释放出一个紫外光子。此前该过程在液相中易于实现,但液态体系往往依赖有毒溶剂且易挥发,限制了实际应用。在固态中,分子紧密堆积会导致电子云重叠,使三重态在相遇前就猝灭,这是长期困扰学界的难题。
团队的关键创新在于对一种名为DHI的有机半导体进行化学修饰——在其sp3碳原子上接枝烷基链,从而精确控制相邻分子间的间距,使分子既足够接近以高效传递能量,又保持足够间隔以避免激子猝灭。该材料表现出强发光、长寿命激发态和高效能量转移特性。
通讯作者Sasaki指出,材料合成相对简便且原料廉价,团队已提交专利申请。研究认为,该材料未来可用于太阳能驱动光催化、室内空气净化系统以及低强度3D打印固化技术,将紫外光应用从依赖人工紫外光源拓展到直接利用阳光。从产业应用角度看,该技术有望降低光催化反应和光固化制造对外部紫外光源的能耗依赖,为绿色化工和可持续制造提供新的材料基础。 （来源：Kyushu University）