Создан твёрдый материал, превращающий видимый свет в ультрафиолет прямо на воздухе
Ультрафиолетовое излучение — мощный инструмент химии. Оно запускает полимеризацию смол и красителей, активирует фотокатализаторы для получения водорода и других веществ, обеззараживает воздух и воду, а в перспективе может приводить в движение реакции, имитирующие фотосинтез. Проблема: высокоэнергетического ультрафиолета в спектре солнечного света на долю человека достаётся крайне мало — большая его часть поглощается атмосферой ещё на пути к Земле. А искусственные источники УФ-излучения неэффективны, дороги и требуют особых мер безопасности.
Идея «апконвертирования» фотонов призвана решить эту проблему: что если поглощать более мягкий видимый свет и преобразовывать его в более жёсткий ультрафиолет? Именно над этим работают учёные в области фотонного апконвертирования — и новое исследование японских и международных учёных делает в этом направлении принципиальный шаг вперёд.
Как работает фотонный апконвертер
Физический механизм апконвертирования фотонов в данном случае называется триплет-триплетной аннигиляцией (TTA). Два фотона видимого света поочерёдно поглощаются сенсибилизирующими молекулами, передающими энергию молекулам-эмиттерам. При столкновении двух «заряженных» молекул-эмиттеров их возбуждения объединяются — и испускается один фотон с удвоенной энергией, соответствующей ультрафиолетовому диапазону.
Этот механизм изучается с 2000-х годов. Проблема состояла в том, что все ранее созданные системы TTA работали только в дегазированных растворителях в запаянных стеклянных сосудах: кислород из воздуха разрушал возбуждённые молекулярные состояния, необходимые для апконвертирования.
Прорыв в твёрдом теле
Новое исследование, опубликованное в 2026 году в журнале phys.org, — продолжение линии работ, начатой профессором Ёити Мураками и его группой из Токийского технологического института. Исследователи разработали твёрдоплёночный апконвертер, работающий при контакте с воздухом и при интенсивности солнечного света — без каких-либо специальных условий.
Ключевые характеристики нового материала:
— Работает в воздухе: в отличие от прежних систем, не требует изоляции от кислорода. — Работает при интенсивности обычного солнечного света: предыдущие апконвертеры требовали высоко сфокусированного лазера или яркого искусственного источника. — Фотостабилен более 100 часов в воздухе — рекордный показатель для данного класса материалов. — Твёрдая плёнка: технологически совместима с нанесением на поверхности, тогда как растворные системы требуют сосуда.
В качестве демонстрации материал использовался для отверждения смолы (полимеризации) с помощью одного лишь видимого симулированного солнечного света — процесса, который обычно требует УФ-источника.
Что это открывает
Практические применения охватывают несколько областей:
— Фотокатализ для производства водорода: видимый солнечный свет через апконвертер — источник энергии для реакций, производящих зелёный водород или другое топливо. — Фотополимеризация: отверждение материалов с помощью солнечного света без УФ-лампы — актуально для строительства, медицинских имплантов и ряда промышленных процессов. — Дезинфекция: УФ-генерация на солнечном свете может найти применение в обеззараживании воздуха и воды в районах без электричества. — Научные инструменты: компактные УФ-источники на основе видимого лазера или света.
Читайте также по теме: новом материале с наноуглём.
Главный оставшийся барьер — эффективность: КПД апконвертирования пока недостаточен для ряда применений, где конкурировать придётся с классическими УФ-источниками. Но само доказательство принципа «стабильный твёрдый апконвертер в воздухе при солнечном свете» открывает новый класс функциональных фотонных материалов.
