九州大學固態材料大突破，成功將自然陽光「升級」為高能紫外光
九州大學近日發表「光子上轉換」（Photon Upconversion）突破，成功讓一般可見光在固態材料轉成紫外光，並在自然戶外日照下達 1.9% 轉換效率。論文 23 日刊登於《Nature Communications》期刊，為推進太陽能驅動光化學與紫外光應用的重要一步。
紫外光雖然佔抵達地表陽光的比例較小（約 6%），但在空氣淨化、樹脂固化、牙科與美甲材料硬化等技術扮演關鍵角色。過去相關研究多仰賴液態系統，但液體通常需要有毒溶劑，且容易揮發，不利於實際應用；然而，若改用固態材料，又會因分子排列過度緊密，導致 π 電子雲重疊並引發「激子淬滅」（Exciton Quenching），讓能量（三重態）相互作用前就淬熄，因此科學界一直難以兼顧效率與穩定性。
為解決這個難題，團隊選用有機半導體二氫茚並茚烯（dihydroindenoindenedene，DHI），並在 sp³ 碳原子接上烷基鏈，以此精準調控分子間距。這個設計就像在分子間撐出「安全距離」，既足以進行有效的三重態能量傳遞，又避免了過度的電子相互作用造成淬滅。最後材料在固態展現超過 60% 的螢光量子產率，並維持較長壽命的激發態；與供體分子配對後，自然戶外日照下成功達成 1.9% 光子上轉換效率。
核心為利用三重態─三重態湮滅（triplet–triplet annihilation，TTA）將兩個低能量可見光光子的能量「加總」成一個能量更高的高能紫外光光子。領銜及參與研究的作者有九州大學 Yoichi Sasaki（通訊作者）、Nobuo Kimizuka 等人指出，這種可在自然陽光下運作、製程相對簡單且材料成本較低的新材料，未來有望廣泛應用於太陽能驅動的光催化技術、室內空氣淨化與低強度 3D 列印等領域。團隊已提出專利申請。
Scientists Turn Ordinary Sunlight Into UV Light in Major Energy Breakthrough
Sterically protected π-electron systems for efficient solid-state photon upconversion
A New Material ‘Upgrades’ Sunlight Into UV Light—and a Solid-State Breakthrough Makes It Possible
（首圖來源：Kyushu University）