Duke u mbështetur në studimet e mëparshme mbi PCET dhe PCEnT, një ekip i udhëhequr nga Prof. Kaifeng Wu në Institutin e Fizikës Kimike në Dalian, pjesë e Akademisë Kineze të Shkencave, hulumtoi një proces tjetër të rëndësishëm, por ende pak të kuptuar: transferimin e energjisë triplete të lidhur me lëvizjen e protonit.
Transferimi i energjisë triplete është një rrugë kryesore për transportimin e energjisë, si në sistemet natyrore ashtu edhe në ato sintetike, por ai funksionon ndryshe nga transferimi i energjisë singlete. Të kuptuarit e ndikimit të lëvizjes së protonit në këtë proces mund të hapë mënyra të reja për kontrollimin e rrjedhës së energjisë në materiale të avancuara.
Në një studim të botuar në revistën Nature Materials, studiuesit raportuan një mekanizëm të panjohur më parë, të quajtur transferimi i energjisë triplete i asistuar nga shatlli i protonit (PS-TET). Ky proces u vëzhgua gjatë transferimit të energjisë nga pikat kuantike koloidale me bazë ZnSe (QD) drejt akceptorëve dyadikë fenol-piridinë, të lidhur në sipërfaqen e tyre.
Si e transferon energjinë shatlli i protonit
Kur pikat kuantike ZnSe thithin dritë, ato kalojnë në një gjendje të ngacmuar. Më pas, një vrimë elektronike (hole) transferohet nga ZnSe te fenoli, ndërsa një proton zhvendoset njëkohësisht nga fenoli te piridina.
Më pas, një elektron transferohet nga ZnSe te radikali fenoksil. Në të njëjtën kohë, protoni rikthehet nga piridiniumi në pozicionin e tij fillestar. Së bashku, këto hapa të ndërlidhur mundësojnë transferimin e përgjithshëm të energjisë me spin triplet nga pikat kuantike ZnSe te çiftet fenol-piridinë.
Në fund, protoni përfundon aty ku ishte në fillim, por lëvizja e tij e përkohshme ka një ndikim të madh. Ky mekanizëm rrit ndjeshëm si shpejtësinë ashtu edhe efikasitetin e transferimit të energjisë triplete, krahasuar me një analog të metiluar që nuk përmban mekanizmin e shatllit të protonit.
Ekipi zbuloi gjithashtu se shtimi i një zëvendësuesi trifluorometil, me aftësi të fortë për të tërhequr elektrone, në molekulën e piridinës mund të ndryshojë rendin në të cilin ndodhin hapat e transferimit të elektroneve dhe vrimave elektronike të shoqëruara me proton.
Tunelimi kuantik në temperaturën e dhomës
Shpejtësia e procesit PS-TET ndryshoi shumë pak me temperaturën. Kjo sugjeron se protoni nuk lëviz përmes një procesi konvencional të nxitur nga nxehtësia. Përkundrazi, duket se ai kalon përmes fenomenit të tunelimit kuantik.
Llogaritjet që përfshinin integralet e mbivendosjes së funksioneve valore vibruese të protonit mbështetën këtë interpretim. Këto integrale ndihmojnë në përcaktimin e rrugëve më të favorshme të relaksimit të gjendjes së ngacmuar dhe drejtojnë sistemin drejt një migrimi efikas të energjisë triplete.
Këto rezultate tregojnë se efektet kuantike mund të përdoren për të kontrolluar transferimin e ngarkesës dhe energjisë në materiale komplekse, madje edhe në temperaturën e dhomës.
Përdorime të mundshme në qelizat diellore, lazerë dhe katalizë
“Zbulimi i mekanizmit PS-TET ka pasoja të thella për shumë teknologji moderne molekulare që përfshijnë gjendjet e ngacmuara me spin triplet të molekulave,” theksoi Prof. Wu.
Rritja e efikasitetit të gjenerimit të gjendjeve triplete mund të përmirësojë fotoredoksin dhe katalizën mjedisore. Megjithatë, në teknologji të tjera, formimi i gjendjeve triplete mund të duhet të kufizohet. Pajisjet organike optoelektronike, si qelizat diellore dhe lazerët, mund të funksionojnë më mirë kur gjendjet triplete të padëshiruara shtypen.
Studimi sugjeron se shkencëtarët mund të jenë në gjendje të rregullojnë formimin e gjendjeve triplete sipas nevojës. Krijimi i një mekanizmi të shatllit të protonit mund ta përforcojë këtë proces, ndërsa eliminimi i tij mund ta zvogëlojë ose edhe ta parandalojë atë.
