NUS-wetenschappers hebben een aanpak ontwikkeld om de generatie en het luminescente oogsten van moleculaire tripletten te verbeteren door ze te koppelen aan met lanthanide gedoteerde nanodeeltjes. Deze innovatie biedt nieuwe inzichten in de interactie tussen lanthanide nanokristallen en moleculen op opto-elektronisch gebied.

De generatie, controle en overdracht van triplet-excitonen (gebonden elektron-gatparen) in moleculaire en hybride systemen is een onderwerp van groot belang in verschillende disciplines, van natuurkunde en scheikunde tot materiaalkunde en biologie. Deze interesse wordt gedreven door een reeks potentiële toepassingen, zoals lichtemissie van moleculen, foton frequentie conversie, fotokatalyse, voelen, en fotodynamische therapie. Echter, moleculaire tripletten zijn slechte lichtstralers, daarom worden speciale technieken gebruikt om deze beperking te omzeilen. De technieken omvatten op zware metalen gebaseerde spin-baankoppeling en afstemming van de singlet-triplet-energiesplitsing. Echter, beide benaderingen zijn niet geschikt omdat ze zich voornamelijk richten op het oogsten van de lichtemissies van de drielingen en dit legt strikte beperkingen op aan het moleculaire ontwerp.

Een onderzoeksteam onder leiding van Prof Xiaogang Liu van de afdeling Chemie, NUS heeft een nieuwe benadering ontwikkeld om de lichtemissie-eigenschappen van deze moleculaire tripletten te beheersen door organische moleculen te koppelen aan met lanthanide gedoteerde nanodeeltjes (zie figuur). Dit onderzoek is in samenwerking met Prof Renren Deng van de Zhejiang University, China en Prof Akshay Rao van de Universiteit van Cambridge, Verenigd Koninkrijk. Met behulp van hun methode, moleculaire tripletten kunnen direct op de organische moleculen worden gegenereerd door fotonabsorptie. Dit betekent dat de moleculen energie kunnen krijgen en direct van het singlet in de grondtoestand kunnen overgaan om triplet in de aangeslagen toestand te worden. Deze directe optische overgang was voorheen niet mogelijk. De onderzoekers ontdekten dat de overgang kan plaatsvinden op tijdschalen van minder dan 10 picoseconden met eenheidsefficiëntie. Omdat ze zijn gekoppeld aan de met lanthanide gedoteerde nanodeeltjes, deze triplet-excitontoestanden van de moleculen kunnen vervolgens energieoverdracht naar de lanthanide-ionen ondergaan met eenheidsefficiëntie, lichtuitstraling mogelijk maken.

Prof Liu zei:"We hebben een langdurige experimentele uitdaging aangepakt waarmee wetenschappers die werkzaam zijn in het opto-elektronische veld geconfronteerd worden, en het is aangetoond dat het een effectieve strategie is voor het luminescente oogsten van moleculaire tripletten. Deze resultaten stellen ook een nieuwe methode vast om moleculaire triplet-excitonen te manipuleren en zullen naar verwachting nieuwe wegen openen voor een breed scala aan disciplines, inclusief triplet-sensibilisatie, fotokatalyse, opto-elektronica, biomedische therapieën, voelen, en foton frequentie conversie."