如何升级再利用低能耗灯具

要将两个低能光子高效地结合成一个高能光子，能量必须在固体中随机取向的分子之间自由跳跃，但又不能太快。神户大学的这一发现为开发更高效的光伏电池、显示器甚至抗癌疗法材料提供了急需的设计指南。

不同颜色的光具有不同的能量，因此可用于截然不同的领域。为了开发更高效的光伏电池、有机发光二极管（OLED）显示器或抗癌疗法，人们希望能够将两个低能光子升级成一个高能光子，全世界许多研究人员都在致力于研究这种上转换所需的材料。在此过程中，光被材料吸收，其能量在材料的分子之间以所谓的“三重态激子”的形式传递。然而，此前尚不清楚是什么让两个三重态激子能够有效地将其能量结合到单个分子的不同激发态中，从而发射出高能光子，这一知识空白一直是开发此类材料的严重瓶颈。

神户大学的光科学专家小堀康弘（KOBORI Yasuhiro）及其研究小组一直致力于研究运动和相互作用激发态的“电子自旋态”特性。他们意识到，他们的专业知识正是解决上转换问题所需要的，并将其应用在了特别适合他们分析的材料上。小堀解释道：“在溶液系统中，由于分子高速旋转，很难观察到电子自旋的磁性；而在传统的固态系统中，反应效率又太低，无法进行电子自旋共振研究。然而，我们研究中使用的薄膜固态材料则适合观察电子自旋的磁性并产生足够浓度的三重态激子。”

他们目前发表在《物理化学快报》（The Journal of Physical Chemistry Letters）上的结果表明，为了将能量传递给一个发光分子，两个三重态激子的电子自旋态必须对齐，这取决于参与分子的相对取向。不过，为了让这种情况以高概率发生，三重态激子必须能够在许多不同取向的分子之间移动。此外，这种跳跃不能太快，以便有足够的时间进行不同激发态之间的转换。

这位神户大学的研究人员列出了得出这一结论所必需的步骤。“我们首先直接观察了固态系统中上转换材料内部电子自旋态的时间演化，然后对观察到的电子自旋运动进行建模，最后提出了一个新的理论模型，用以说明电子自旋态如何与上转换过程相关联。”

这些结果最终为如何设计基于过程微观机制知识的高效光子上转换材料提供了指南。小堀解释了为什么这让他感到兴奋。“我预计，这一知识将有助于开发高效太阳能电池，以缓解我们的能源问题，并扩展到光动力癌症治疗、利用近红外光进行光学上转换而不损害人体的诊断等广泛领域。”