<p>為了開(kāi)發(fā)更高效的下一代太陽(yáng)能收集材料，研究人員必須學(xué)會(huì)控制分子相互作用的方式&mdash;&mdash;它們吸收光時(shí)的&ldquo;相干性&rdquo;。為了獲得這種控制，他們需要評(píng)估方法。</p> <p><br />藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院化學(xué)和化學(xué)生物學(xué)助理教授Andrew J. Musser&nbsp;和Phillip J. Milner發(fā)現(xiàn)，顏色可以幫助量化能量通過(guò)特定類型晶體（稱為金屬有機(jī)骨架）的方式（ MOF），其中排列有光敏分子。Milner 小組根據(jù)各自的缺陷水平構(gòu)建了具有兩種不同結(jié)構(gòu)的不同 MOF，這是 MOF 領(lǐng)域的一項(xiàng)重要發(fā)現(xiàn)，因?yàn)樗浅：?jiǎn)單。然后，Musser 小組在紫外光下評(píng)估了這兩種 MOF；一個(gè)發(fā)出綠色光，顯示出更高的階數(shù)和更少的能量發(fā)射。一個(gè)發(fā)出藍(lán)色光，顯示出更少的秩序和更多的能量。</p> <p><br />該結(jié)果為研究人員提供了一種評(píng)估更復(fù)雜的太陽(yáng)能收集材料的方法，這種材料必須允許能量在三個(gè)維度上移動(dòng)。</p> <p><br />&ldquo;Enhancing Dynamic Spectral Diffusion in Metal-Organic Frameworks Through Defect Engineering&rdquo;于1 月 3 日發(fā)表在美國(guó)化學(xué)學(xué)會(huì)雜志上。第一作者是米爾納小組前博士后研究員 Arjun Halder 和 David C. Bain，博士生Musser 組。作為一名本科生研究員，Stavrini Tsangari '21 做出了重大貢獻(xiàn)。</p> <p><br />該論文是 Milner 和 Musser 合作項(xiàng)目&ldquo;控制模塊化框架材料中的量子力學(xué)相干性&rdquo;的基礎(chǔ)研究，該項(xiàng)目得到藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院新前沿基金的支持，旨在構(gòu)建用于太陽(yáng)能收集和量子信息科學(xué)的下一代材料。</p> <p><br />&ldquo;我們正在努力開(kāi)發(fā)的材料旨在提高硅太陽(yáng)能電池的效率，或者實(shí)際上是任何類型的太陽(yáng)能電池。&rdquo;Musser 說(shuō)。&ldquo;他們將更有效地利用太陽(yáng)光譜藍(lán)色一側(cè)的光，從而產(chǎn)生更高的功率輸出。如果我們能讓它發(fā)揮作用，它將對(duì)太陽(yáng)能發(fā)電產(chǎn)生變革。&rdquo;</p> <p><br />有機(jī)半導(dǎo)體受它們?cè)诰w中堆積在一起的方式的支配，這種方式很難控制。分子最終進(jìn)入晶體的方式控制著材料的行為。</p> <p><br />Milner 專門研究通過(guò)在晶體網(wǎng)格中排列有機(jī)分子來(lái)設(shè)計(jì) MOF，例如 Tinker Toy 組件。通過(guò)改變各個(gè)部分的大小并改變它們連接的角度，他系統(tǒng)地調(diào)整了分子相互作用的方式。&ldquo;由于其出色的可調(diào)性，MOF 有望用于與清潔能源未來(lái)相關(guān)的一系列應(yīng)用，包括太陽(yáng)能收集，&rdquo;Milner 說(shuō)。</p> <p><br />在 Halder 的帶領(lǐng)下，Milner 小組發(fā)現(xiàn)，通過(guò)簡(jiǎn)單調(diào)整制造 MOF 時(shí)的加工條件，他們可以將分子包裝成兩種不同的結(jié)構(gòu)形式，主要是通過(guò)控制材料中的缺陷。</p> <p><br />Halder 發(fā)現(xiàn)這兩種不同的 MOF 在紫外光下發(fā)出不同的顏色。他請(qǐng) Musser 團(tuán)隊(duì)中的貝恩幫助他理解這意味著什么。</p> <p><br />&ldquo;通常，分子或材料發(fā)光的顏色是其電子特性的讀出，&rdquo;Musser 說(shuō)。&ldquo;不同的顏色告訴你這種材料發(fā)生了一些根本性的變化；電子以不同的方式吸收和發(fā)射光。&rdquo;</p> <p><br />Musser 小組應(yīng)用他們開(kāi)發(fā)的光譜工具來(lái)分析這兩種 MOF。Musser 說(shuō)，哪里有更多的缺陷，就會(huì)有更多的無(wú)序，而材料中更高的無(wú)序會(huì)改變它管理能量的能力。</p> <p><br />&ldquo;用我們的光譜測(cè)量繪制能量紊亂圖表明，當(dāng)你有更多的紊亂時(shí)，你可以實(shí)時(shí)看到這一點(diǎn)，因?yàn)槟芰繒?huì)通過(guò)不同的位置遷移并改變它發(fā)出的光的顏色，&rdquo;Musser 說(shuō)。&ldquo;當(dāng)有更多的混亂時(shí)，你會(huì)有更多的能量遷移，這會(huì)改變框架的顏色。&rdquo;</p> <p><br />Musser 說(shuō)，發(fā)綠光的 MOF 更加有序，大多數(shù)分子的行為方式相同，發(fā)射的能量更低。另一個(gè) MOF 的藍(lán)色光子表示更高的能態(tài)、更多的無(wú)序和更多的能量發(fā)射。</p> <p><br />在太陽(yáng)能的背景下，這些特殊的 MOF 本身并沒(méi)有用處，但研究人員已經(jīng)在使用他們?cè)谡{(diào)整分子相互作用和測(cè)量能量遷移方面學(xué)到的知識(shí)來(lái)分析更復(fù)雜的材料。</p> <p><br />&ldquo;在分子材料收集太陽(yáng)能的任何應(yīng)用中，關(guān)鍵步驟之一是能量必須在三個(gè)維度上移動(dòng)，&rdquo;Musser 說(shuō)。&ldquo;在太陽(yáng)能電池中，只要光被吸收，就會(huì)產(chǎn)生激發(fā)態(tài)的電子。它們必須移動(dòng)到某種界面，在那里電子被分離并轉(zhuǎn)化為能量。有時(shí)這個(gè)距離很短，比如 10 納米。但它可能會(huì)長(zhǎng) 10 倍甚至更多。&rdquo;</p> <p><br />凱特&middot;布萊克伍德 (Kate Blackwood) 是藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院的作家。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>