Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte demonstraram a transferência de energia do exciton tripleto de nanocristais semicondutores para aceitadores moleculares ligados à superfície, estendendo a vida útil do estado excitado originalmente preparado em seis ordens de magnitude. Esta descoberta tem implicações em campos que vão desde a conversão de energia solar à síntese fotoquímica, à optoeletrônica e à terapia de luz para o tratamento do câncer.

Excitons são os pares elétron / buraco formados em nanocristais semicondutores após a absorção de luz, armazenando-o temporariamente como energia química. Em células solares, por exemplo, os excitons transportam energia através do material para que ela possa ser coletada e convertida em eletricidade.

Em termos de fotoquímica, a principal desvantagem de usar a maioria dos nanocristais semicondutores como fotossensibilizadores está em seus tempos de vida curtos em estado de excitação - normalmente dezenas de nanossegundos - que os torna inadequados para conduzir reações fotoquímicas. Professor de química do estado de NC Felix Castellano, junto com o pós-doutorado Cedric Mongin e a estudante de graduação Sofia Garakyaraghi, perguntou-se se seria possível estender a vida útil do estado excitado do nanocristal semicondutor para escalas de tempo longas o suficiente para realizar a química.

"A questão fundamental era, 'Podemos pegar um estado de nanopartícula excitado com uma vida de dezenas de nanossegundos e estendê-lo por meio de sensibilização, '", diz Castellano." Se pegarmos o estado excitado do nanocristal original e transferirmos sua energia para um aceptor tripleto na superfície do nanomaterial, então, o estado de excitação tripla molecular que você cria deve ter uma vida útil longa o suficiente para promover reações químicas. Isso também sugere que os nanocristais semicondutores exibem um comportamento semelhante ao molecular. "

A equipe de Castellano usou nanocristais de seleneto de cádmio (CdSe) revestidos com ácido oleico, preparado pelo Prof. Mikhail Zamkov e sua estudante de graduação Natalia Razgoniaeva na Bowling Green State University. Parte do ácido oleico é então substituído pelo tripleto aceptor molecular ácido 9-antacenocarboxílico (ACA). Quando o nanocristal de CdSe com ACA é atingido com um pulso de laser verde, o exciton produzido no CdSe é transferido para o ACA, formando um exciton tripleto molecular com um milissegundo de vida. Isso representa uma extensão de vida de seis ordens de magnitude, permitindo subsequente reatividade química.

"O outro benefício é que, ao afastar o exciton da superfície das nanopartículas, em vez de envolver a própria nanopartícula nas reações químicas desejadas, você não vai degradar a nanopartícula, "diz Castellano." Ele pode continuar absorvendo luz e transferindo a energia para a solução a granel. "