El complejo de europio Eu (III) con una antena de nanocarbono que emite una fina luz roja. Crédito:WPI-ICReDD, Universidad de Hokkaido
Una antena de nanocarbono apilada hace que un elemento de tierras raras brille 5 veces más que los diseños anteriores. con aplicaciones en dispositivos emisores de luz molecular.
Un diseño molecular único desarrollado por investigadores de la Universidad de Hokkaido hace que un complejo de europio brille más de cinco veces más que el mejor diseño anterior cuando absorbe luz azul de baja energía. Los hallazgos fueron publicados en la revista Química de las comunicaciones , y podría conducir a fotosensibilizadores más eficientes con una amplia variedad de aplicaciones.
Los fotosensibilizadores son moléculas que se excitan cuando absorben luz y luego transfieren esta energía excitada a otra molécula. Se utilizan en reacciones fotoquímicas, sistemas de conversión de energía, y en terapia fotodinámica, que usa la luz para matar algunos tipos de cáncer en etapa temprana.
El diseño de los fotosensibilizadores disponibles en la actualidad a menudo conduce a una pérdida de energía inevitable, por lo que no son tan eficientes en la absorción de luz y la transferencia de energía como les gustaría a los científicos. También requiere luz de alta energía como UV para la excitación.
Yuichi Kitagawa y Yasuchika Hasegawa del Instituto de Diseño y Descubrimiento de Reacciones Químicas de la Universidad de Hokkaido (WPI-ICReDD) trabajaron con colegas en Japón para mejorar el diseño de fotosensibilizadores convencionales.
El complejo de Eu (III) que contiene la estructura de nanocarbono apilada. La estructura de nanocarbono funciona como una antena para recolectar luz y transferir la energía al europio de manera eficiente. que luego emite luz roja. (Kitagawa Y., Hasegawa Y., et al., Química de las comunicaciones, 3 de enero 2020) Crédito:Kitagawa Y., Hasegawa Y., et al., Química de las comunicaciones, 3 de enero 2020
Su concepto se basa en extender la vida útil de un estado de energía molecular llamado estado de triplete excitado y reducir las brechas entre los niveles de energía dentro de la molécula fotosensibilizadora. Esto conduciría a un uso más eficiente de los fotones y reduciría la pérdida de energía.
Los investigadores diseñaron una "antena" de nanocarbono hecha de coroneno, un hidrocarburo aromático policíclico que contiene seis anillos de benceno. Dos antenas de nanocarbono se apilan una encima de la otra y luego se conectan a cada lado al europio de metal de tierras raras. Se agregan conectores adicionales para fortalecer los vínculos entre las antenas de nanocarbono y el europio. Cuando las antenas de nanocarbono absorben la luz, transfieren esta energía al europio, haciendo que el complejo emita luz roja.
Los experimentos mostraron la luz compleja mejor absorbida con longitudes de onda de 450 nm. Cuando se iluminó el complejo con una luz LED (diodo emisor de luz) azul, brillaba más de cinco veces más que el complejo de europio, que hasta ahora tenía la emisión más fuerte reportada bajo luz azul. Los investigadores también demostraron que el complejo puede soportar altas temperaturas superiores a 300 ℃ gracias a su estructura rígida.
"Este estudio proporciona información sobre el diseño de fotosensibilizadores y puede conducir a materiales fotofuncionales que utilicen eficientemente la luz de baja energía, "dice Yuichi Kitagawa del equipo de investigación. El nuevo diseño podría aplicarse para fabricar dispositivos emisores de luz molecular, entre otras aplicaciones, dicen los investigadores.
