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抽象的な

高度クロマトグラフィー 2019: 三重項三重項消滅アップコンバージョンのための表面支持型金属有機薄膜材料ベースのヘテロ接合 - Shargeel Ahmad - 大連理工大学。

シャルギール・アフマド

抽象的な：

表面支持型金属有機薄膜ハイブリッド材料は、高度に結晶化された精密に調整された MOF 薄膜ヘテロ接合を利用して開発されました。 金属ポルフィリン光増感剤 (Zn (II) テトラフェニルポフィリン) と光電子放出剤 (3,9-ペリレンジカルボン酸) で作成されたヘテロ接合は、三重項消去アップコンバージョンによってエネルギーを向上させます。 ハイブリッド MOF 薄膜材料は、ショックレー・クワイサー限界を克服することで、低エネルギーの緑色光を高エネルギーの青色光に変換するのに効果的に使用できます。 得られたデータは、ハイブリッド材料が TTA UC ベースのエネルギー変換材料の強力な源の 1 つとして使用できることを示しています。

導入：

将来の世代のためにエネルギーを節約するのに役立つ太陽エネルギー変換技術用の新材料を見つけることは非常に重要です。三重項三重項消滅アップコンバージョン（TTA UC）のアイデアを利用するには、スムーズで効率的な三重項エネルギー移動（TEnT）に必要な距離を克服するスマートハイブリッド材料が必要です。しかし、TTA UCプロセスは、高波長を持つ2つの低エネルギー光子（hu1）が吸収され、デクスター型エネルギー移動メカニズムによって低波長を持つ1つの高エネルギー光子（hu2）に変換される最良の波長シフト方法の1つです。以前の議論では、固体液体界面と表面改質を行うことにより、アセトニトリル溶液[5]中の増感剤としてのPtOEP（PtOEP = Pt（II）オクタエチルポルフィン）とアクセプターとしてのZnペリレンSURMOFとの間の三重項エネルギー移動を報告しました。ここでは、SURMOF-SURMOF ヘテロ接合を作成して固体-固体界面を利用し、TTA UC を研究するという新しいアイデアが得られます。

TTA UC は、太陽エネルギーの現代の需要を高めるために、さまざまな材料を使用して研究されてきました。さらに、最新の表面固定型金属有機構造体 (SURMOF) 材料を、その制御された成長方向、調整可能な細孔サイズ、最高の結晶性により、ガス分離、エレクトロニクス、CO2 削減、水分解、太陽光発電、そして最近では TTA-UC システムで利用するための注目すべき取り組みが行われてきました。さらに、以前の研究では、溶液に溶解した光増感剤のランダムな方向が、光電気化学セルでの三重項エネルギーの伝達を妨げる可能性があることも示されました。

It has been reported that the Zn (II) tetraphenylpophyrin molecules have s and p bond between N atom and Zn+2 transition metal. The Zn+2 and N atom have p coordination due to d electrons which strengthens the (T1 ← S1) transition.As a matter of fact the Zn (II) tetraphenylpophyrin photosensitizer can also effectively utilize the long-lived S2 state (1.5 and 2.4 ps) with strong transition ( S2 ← S0 ) followed by hopping process with S2 excitation energy which needs the emitter of higher energy level.

Moreover, the blue emitter-perylene molecule has lower energy level which favors the triplet energy transfer (TEnT) followed by triplet triplet annihilation mechanism from sensitizer and the exchange of triplet energy with acceptor annihilating the triplets for the formation of singlets to generating the blue light with high energy. In this work we will introduce the formation of heterojunction with Zn (II) tetraphenylpophyrin molecules as sensitizer and 3,9-perpylenedicarboxylic acids as acceptor which will be used for triplet triplet annihilation upconversion (TTA UC)

Preparation of substrates

The quartz glass / FTO glass (SOLARONIX, Switzerland) substrates were cleaned in acetone for approximately ten minutes in an ultrasonic bath then these are treated with plasma under O2 for nearly thirty minutes to generate a surface with -OH (hydroxyl groups).These cleaned substrates were used instantaneously to grow SURMOF.

Preparation of Zn-perylene SURMOF

Liquid phase epitaxy technique is used for the preparation of the Zn-Perylene SURMOFs on top of FTO /Quartz Glass substrates. We prepared a concentration zinc acetate ethanolic solution (1 mM). On top of cleaned FTO we sprayed it for 5s. After 30s wait, 3,9 perylene dicarboxylic acid ethanolic solution was sprayed ( concentration:20-40M; spray time: 20 s, waiting time: 30 s). This alternate spray process of Zn-acetate as metal linker and 3,9 perylene dicarboxylic acid as organic linker supported the formation of highly crystalline metal organic framework thin film and more detail can be found somewhere in the literature.

Preparation of Zn-porphyrin SURMOF and Its Heterojunction

SURMOF of Zn (II) metalloporphyrin were fabricated using well established highly throughput automated spray system Briefly, a concentration of 20 mM Zn(II)metalloporphyrins in ethanol (spray time: 25 s, waiting time: 35 s) and a concentration of 1 mM zinc acetate in ethanol (spray time: 15 s, waiting time: 35 s) were one by one sprayed onto the FTO / Quartz Glass substrates in a layer-by-layer fashion using N2 as a carrier gas (0.2 mbar). In between, pure ethanol was used for rinsing to get rid of the unreacted species from the surface (rinsing time: 5 s). The thickness of the sample was controlled by the number of deposition cycles. Moreover, the SURMOF-SURMOF heterojunction was formed by firstly growing the 20 cycles of Zn-perylene SURMOF and on top of it 20 more cycles of Zn (II) metalloporphyrin SURMOF was added to make heterojunctions. Moreover, the formation of heterojunction which is described in the literature.

Triplet-triplet annihilation upconversion (TTA UC) setup

First of all, 40 mg/ml PMMA (poly methyl (methacrylate) was prepared in the acetonitrile solution. Then as prepared MOF thin film material consisting of  FTO/Quartz Glass-Zn-perylene SURMOF+Zn-porphyrin SURMOF were immersed into the well mixed acetonitrile solution of PMMA which was degassed with N2 for half an hour. The heterostructure was characterized for triplet triplet annihilation upconversion using laser light source.

XRD Characterizations

Results and Discussions

Comparative analysis of the ultraviolet-visible (UV-vis) spectrum of Zn-perylene SURMOF, Zn-porphysin SURMOF and Zn-perylene-Zn-porphyrin heterojunction is being shown in Figure 3. The UV¬-vis spectrum of Zn-perylene alone SURMOF range from 358 nm to 470nm (in brown) which is also compared with the solution of free perylene dicarboxylic[11] acids indicating a blue shift in MOF thin film sample. The UV-vis of Zn-porphyrin shows a Sorret Band at ~ 440nm and two Q bands between 530 nm to 614 nm. The Zn (II) tetraphenylpophyrin molecule shows two Q bands which are different from free base porphyrin generating four Q bands because Zinc+2 ion coordination with porphyrin  molecule changes the symmetry of the former molecule The combined UV vis of Zn-perylene SURMOF and Zn-porphyrin SURMOF heterostructure overlaps with all the bands of both MOF thin films shown in figure 3(red).The merging of all the bands in SURMOF heterostructure is very important for efficient absorption of green light and its conversion into blue light

The obtained quantum yield efficiency of Zn-perylene SURMOF+Zn-porphyrin SURMOF heterostructure is 0.182%. Following the same method of calculation mention in the reported literature, we found that the calculated value is consistent with the literature values. However, it is highly recommended to use the heterojunction for future dye sensitized solar cell devices.

結論と意義: MOF 薄膜ベースのスマート ハイブリッド材料は、強化されたエネルギー変換三重項三重項消滅アップコンバージョンに使用できます。研究されたハイブリッド材料は、将来のエネルギー変換デバイスに使用できます。その観点は、プロトタイプの色素増感太陽電池デバイスを、高結晶性 MOF 薄膜で製造できるということです。さらに、より長い距離を克服することで光電流を大幅に強化できることが実証されており、最終的にはショックレー・クワイサー限界を克服できる可能性があります。このような方向へのさらなる努力により、太陽エネルギー変換デバイス用のより多くの MOF 薄膜材料を探索するための新しい道が開かれる可能性があります。