American Journal of Drug Delivery and Therapeutics Acesso livre

Abstrato

Cromatografia Avançada 2019: Heterojunções baseadas em materiais de filme fino orgânico de metal com suporte de superfície para conversão ascendente de aniquilação tripla tripla - Shargeel Ahmad - Universidade de Tecnologia de Dalian.

Shargeel Ahmad

Abstrato:

O material de meia raça de filme fino de estrutura natural de metal suportado pela superfície foi desenvolvido utilizando heterojunção de filme escasso MOF profundamente cristalino e orquestrado com precisão. As heterojunções que foram criadas com fotossensibilizador de metaloporfirina (Zn (II) tetrafenilpofirina) e fotoemissor (corrosivo 3,9-perilenodicarboxílico) para conversão ascendente de obliteração tripla para atualizar a vitalidade. Os materiais de película frágil MOF meio a meio podem ser utilizados de forma viável para transformar a luz verde de baixa vitalidade em luz azul de alta vitalidade, conquistando o limite Shockley-Queisser. A informação adquirida demonstra que o material cruzado pode ser utilizado como uma das fontes dinâmicas de materiais de transformação de vitalidade atualizados baseados em TTA UC.

Introdução:

É muito importante encontrar novos materiais para tecnologias de conversão de energia solar que nos ajudem a poupar energia para as gerações futuras. Aproveitar a ideia de conversão ascendente de aniquilação de tripletos (TTA UC) requer um material híbrido inteligente que supere a distância necessária para uma transferência de energia tripla (TEnT) suave e eficiente. No entanto, o processo TTA UC é uma das melhores metodologias de mudança de comprimento de onda em que os dois fotões de baixa energia (hu1) com um comprimento de onda elevado são absorvidos e transformados num fotão de alta energia (hu2) com um comprimento de baixo de onda através do mecanismo de transferência de energia do tipo Dexter. Na nossa discussão anterior, reportámos a transferência de energia tripla entre PtOEP (PtOEP = Pt (II) octaetilporfina) como sensibilizador e Zn-perileno SURMOF como aceitador em solução de acetonitrila [5], fazendo interface sólida-líquida e modificações de superfície. Aqui podemos ter uma nova ideia de processar a interface sólido-sólido fazendo a heterojunção SURMOF-SURMOF para estudar TTA UC.

O TTA UC foi estudado utilizando diversos materiais para satisfazer as exigências contemporâneas de energia solar. Além disso, foram feitos esforços notáveis ​​para utilizar os materiais modernos de estruturas metal-orgânicas ancoradas à superfície (SURMOFs) na separação de gases, eletrónica, redução de CO2, divisão de água, energia fotovoltaica e, mais recentemente, no sistema TTA -UC devido à sua orientação de crescimento controlado. , tamanho de poro ajustável e maior cristalinidade.

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.

Conclusão e significado: Os materiais inteligentes e híbridos baseados em filme fino MOF podem ser utilizados para uma conversão de energia melhorada, conversão ascendente de tripla aniquilação. O material híbrido estudado pode ser utilizado para futuros dispositivos de conversão de energia. O ponto de vista é que um protótipo de um dispositivo de célula solar sensibilizado por corante pode ser fabricado com filme fino MOF altamente cristalino. Além disso, foi demonstrado que a fotocorrente pode ser significativamente aumentada ao superar a distância mais longa que pode finalmente superar o limite de Shockley-Queisser. Novos esforços neste sentido poderão abrir novos caminhos para a exploração de mais materiais de película fina MOF para dispositivos de conversão de energia solar.