Un'antenna in nanocarbonio impilata fa brillare un elemento delle terre rare 5 volte più brillantemente rispetto ai progetti precedenti, con applicazioni in dispositivi molecolari emettitori di luce.

Un design molecolare unico sviluppato dai ricercatori dell'Università di Hokkaido fa sì che un complesso di europio risplenda più di cinque volte più luminoso del miglior design precedente quando assorbe la luce blu a bassa energia. I risultati sono stati pubblicati sulla rivista Chimica delle comunicazioni , e potrebbe portare a fotosensibilizzanti più efficienti con un'ampia varietà di applicazioni.

I fotosensibilizzanti sono molecole che si eccitano quando assorbono la luce e quindi trasferiscono questa energia eccitata a un'altra molecola. Sono utilizzati nelle reazioni fotochimiche, sistemi di conversione energetica, e nella terapia fotodinamica, che usa la luce per uccidere alcuni tipi di cancro allo stadio iniziale.

La progettazione dei fotosensibilizzatori attualmente disponibili porta spesso a un'inevitabile perdita di energia, e quindi non sono così efficienti nell'assorbimento della luce e nel trasferimento di energia come vorrebbero gli scienziati. Richiede anche luce ad alta energia come i raggi UV per l'eccitazione.

Yuichi Kitagawa e Yasuchika Hasegawa dell'Institute for Chemical Reaction Design and Discovery (WPI-ICReDD) dell'Università di Hokkaido hanno lavorato con i colleghi in Giappone per migliorare la progettazione dei fotosensibilizzatori convenzionali.

Il loro concetto si basa sull'estensione della durata di uno stato energetico molecolare chiamato stato eccitato tripletto e sulla riduzione degli spazi tra i livelli di energia all'interno della molecola fotosensibilizzante. Ciò porterebbe a un uso più efficiente dei fotoni e a una riduzione della perdita di energia.

I ricercatori hanno progettato una "antenna" di nanocarbonio fatta di coronene, un idrocarburo policiclico aromatico contenente sei anelli benzenici. Due antenne in nanocarbonio sono impilate una sopra l'altra e quindi collegate su entrambi i lati all'europio, un metallo di terre rare. Vengono aggiunti connettori aggiuntivi per rafforzare i legami tra le antenne in nanocarbonio e l'europio. Quando le antenne in nanocarbonio assorbono la luce, trasferiscono questa energia all'europio, facendo sì che il complesso emetta luce rossa.

Gli esperimenti hanno mostrato la luce assorbita meglio complessa con lunghezze d'onda di 450 nm. Quando una luce LED blu (diodo a emissione di luce) è stata illuminata sul complesso, brillava più di cinque volte più luminoso del complesso europio che fino ad ora aveva la più forte emissione segnalata sotto luce blu. I ricercatori hanno anche dimostrato che il complesso può sopportare temperature elevate superiori a 300 grazie alla sua struttura rigida.

"Questo studio fornisce approfondimenti sulla progettazione di fotosensibilizzatori e può portare a materiali fotofunzionali che utilizzano in modo efficiente la luce a bassa energia, " afferma Yuichi Kitagawa del team di ricerca. Il nuovo design potrebbe essere applicato per fabbricare dispositivi molecolari a emissione di luce, tra le altre applicazioni, dicono i ricercatori.