Conversion ascendante de photons en triplet-fusion en lumière blanche à l’aide d’hybrides nanocristaux-molécules. Crédit : Chem
Un groupe de recherche dirigé par le professeur WU Kaifeng de l’Institut de physique chimique de Dalian (DICP) de l’Académie chinoise des sciences (CAS) a révélé le mécanisme de formation de triplets de spin moléculaires à partir d’un retournement rapide de spin dans des nanocristaux colloïdaux et a démontré ses applications photochimiques.
L’étude a été publiée dans Chem aujourd’hui (24 mars 2022).
Traditionnellement, les propriétés de spin des semi-conducteurs sont un territoire de la physique. Les développements récents dans les matériaux semi-conducteurs cultivés en solution, tels que les perovskites d’halogénure de plomb et les nanocristaux colloïdaux, commencent à inclure les chimistes dans ce jeu. Mais les durées de vie de relaxation de spin de ces matériaux sont encore trop courtes (typiquement quelques picosecondes à température ambiante) pour les applications de spintronique et de technologie de l’information quantique.
Cependant, il existe un domaine important appelé “photochimie moléculaire” qui est particulièrement friand des états triplets moléculaires à relaxation de spin. Les photochimistes ont consacré beaucoup d’efforts à la synthèse de molécules spéciales appelées sensibilisateurs qui peuvent produire des triplets par photoexcitation.
Conversion ascendante de photons en triplet-fusion et génération d’oxygène singulet par lumière blanche en utilisant des nanocristaux pour inverser les spins et générer des triplets moléculaires. Crédit : Chem
“Nous avons réalisé que les courtes durées de vie des spins récemment mesurées dans les nanocristaux colloïdaux devraient plutôt trouver des applications immédiates en photochimie moléculaire”, a déclaré le professeur WU.
Les chercheurs ont démontré l’existence d’une photochimie basée sur le spin en utilisant CsPbBr3 ancrés en surface avec des molécules de rhodamine B. À l’aide d’une spectroscopie laser femtoseconde avancée, ils ont découvert que l’excitation du nanocristal ou de la molécule induisait une séparation efficace des charges, et que le retournement rapide du porteur à l’intérieur du nanocristal permettait la formation à haut rendement de triplets moléculaires par recombinaison des charges. En revanche, le mécanisme conventionnel de atom effect was ruled out for this system.
Moreover, using the dual triplet-formation pathways and the complementary spectral coverage of CsPbBr3 and rhodamine B, they achieved efficient white-light-driven molecular triplet photochemistry, including triplet-fusion photon upconversion and singlet oxygen generation.
“This study opens a new avenue for photochemical applications of solution-processed semiconductor materials,” said Prof. WU. “It may inspire the use of the spin properties of these low-cost materials in more fields.”
Reference: 24 March 2022, Chem.
The above work was supported by the National Natural Science Foundation of China, the Ministry of Science and Technology of China, and CAS.