Inspirándose en la fotosíntesis, Los investigadores de KAUST han desarrollado un nuevo giro en los marcos metalorgánicos (MOF) que podrían ayudar a las células solares a recolectar más energía del sol.

Un MOF es una especie de cristal poroso hecho de una red de nodos de base metálica conectados por moléculas enlazadoras de carbono. Los MOF son materiales particularmente versátiles porque los investigadores pueden diseñar y ajustar fácilmente sus propiedades cambiando los enlazadores o nodos. Los MOF ya se están investigando como catalizadores y para su uso en aplicaciones, como la separación de gases, detección y almacenamiento.

Un nuevo MOF desarrollado en KAUST imita un paso de transferencia de energía crucial en la fotosíntesis, el proceso natural que utilizan las plantas para recoger la luz y convertirla en energía química.

Los cristales de MOF de color amarillo pálido contienen 12 grupos basados ​​en circonio coordinados y dos enlazadores orgánicos diferentes:una molécula de bencimidazol conocida como BI, y un tiadiazol llamado TD. Los dos enlazadores fueron diseñados no solo para tener un tamaño y forma similares, pero lo más importante es poseer una superposición espectral muy fuerte, una característica clave para los procesos de transferencia de energía eficientes.

Los investigadores proyectaron luz ultravioleta con una longitud de onda de 315 nanómetros en el MOF. Descubrieron que su enlazador BI absorbía la luz y luego emitía rápidamente la energía a una longitud de onda más larga de 430 nanómetros. correspondiente a la luz azul. El enlazador TD absorbió eficientemente esta luz azul, y reemitió la energía en forma de luz verde con una longitud de onda de 530 nanómetros.

Los investigadores controlaron el proceso de transferencia de energía mediante una técnica llamada recuento de fotones individuales correlacionados en el tiempo. que puede rastrear la emisión de luz en escalas de tiempo increíblemente breves. Esto reveló que el proceso de transferencia de energía entre los dos enlazadores tomó aproximadamente 100 picosegundos, o cien billonésimas de segundo. "Es un desafío diseñar y sintetizar un sistema de captación de luz de este tipo y observar este fenómeno de transferencia de energía rápida, "dice el miembro del equipo Jiangtao Jia del Centro de Membranas Avanzadas y Materiales Porosos de KAUST.

"Pero gracias a la sólida infraestructura de investigación de KAUST, contamos con una de las mejores instalaciones del mundo para determinar la vida útil de la fotoluminiscencia en una escala de tiempo de picosegundos, "agrega el miembro del equipo Luis Gutieŕrez-Arzaluz.

Esto permitió al equipo determinar que el proceso de transferencia de energía tenía una eficiencia de más del 90 por ciento, lo que lo convierte en uno de los MOF de transferencia de energía más eficientes hasta la fecha. "En el futuro, Este control deliberado a nivel molecular podría allanar el camino para el diseño de sistemas de fotosíntesis artificial altamente eficientes basados ​​en materiales MOF, "dice Jia.