Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte han demostrado la transferencia de energía de excitón triplete de nanocristales semiconductores a aceptores moleculares unidos a la superficie. extendiendo la vida útil del estado excitado originalmente preparado en seis órdenes de magnitud. Este hallazgo tiene implicaciones para campos que van desde la conversión de energía solar hasta la síntesis fotoquímica, la optoelectrónica y la terapia de luz para el tratamiento del cáncer.

Los excitones son los pares de electrones / huecos que se forman en los nanocristales semiconductores al absorber la luz. almacenándolo temporalmente como energía química. En células solares, por ejemplo, los excitones transportan energía a través del material para que pueda recolectarse y convertirse en electricidad.

En términos de fotoquímica, El principal inconveniente de utilizar la mayoría de los nanocristales semiconductores como fotosensibilizadores radica en su corta vida útil en estado excitado, típicamente decenas de nanosegundos, lo que los hace inadecuados para impulsar reacciones fotoquímicas. El profesor de química de Carolina del Norte, Felix Castellano, junto con el postdoctorado Cedric Mongin y la estudiante de posgrado Sofia Garakyaraghi, se preguntó si sería posible extender la vida útil del estado excitado de nanocristales semiconductores a escalas de tiempo lo suficientemente largas como para realizar química.

"La pregunta fundamental era:'¿Podemos tomar un estado excitado de nanopartículas con una vida útil de decenas de nanosegundos y extenderlo a través de la sensibilización? '", dice Castellano." Si tomamos el estado excitado del nanocristal original y transferimos su energía a un aceptor triplete en la superficie del nanomaterial, entonces, el estado excitado del triplete molecular que cree debería tener una vida útil lo suficientemente larga como para promover reacciones químicas. Esto también sugeriría que los nanocristales semiconductores exhiben un comportamiento de tipo molecular ".

El equipo de Castellano utilizó nanocristales de seleniuro de cadmio (CdSe) cubiertos con ácido oleico, preparado por el Prof. Mikhail Zamkov y su estudiante graduada Natalia Razgoniaeva en Bowling Green State University. Luego, parte del ácido oleico se reemplaza por el aceptor de triplete molecular ácido 9-anthacenocarboxílico (ACA). Cuando se golpea el ACA con nanocristales de CdSe con un pulso de láser verde, el excitón producido en el CdSe se transfiere al ACA, formando un excitón triplete molecular con una vida útil de milisegundos. Esto representa una extensión de vida de seis órdenes de magnitud, permitiendo la posterior reactividad química.

"El otro beneficio es que al trasladar el excitón de la superficie de la nanopartícula, en lugar de involucrar a la nanopartícula en las reacciones químicas deseadas, no degradarás la nanopartícula, ", dice Castellano." Puede seguir absorbiendo luz y transfiriendo la energía a la solución a granel ".