Движението на електрони и протони често работи съвместно в живи системи и изкуствени материали. Един от най-известните примери е протон-свързаният пренос на електрони (PCET), който е ключов за биоенергетиката, клетъчното дишане, фотосинтезата и фиксирането на азот. Наскоро беше открит и свързан процес – протон-свързан синглетен пренос на енергия (PCEnT).
Въз основа на тези по-ранни открития, екип, ръководен от професор Кайфен У от Далианския институт по химична физика, проучи друг важен, но слабоизследван процес: преноса на триплетна енергия, свързан с движението на протони. Преносът на триплетна енергия е основен начин за пренос на енергия както в естествени, така и в синтетични системи, но функционира различно от синглетния пренос. Разбирането на влиянието на протоните върху този процес може да отвори нови пътища за управление на енергийния поток в съвременните материали.
В проучване, публикувано в списание Nature Materials, учените съобщиха за досега неизвестен механизъм, наречен пренос на триплетна енергия чрез протонна совалка (PS-TET). Този процес е наблюдаван при пренос на енергия от колоидни квантови точки (КТ) на базата на ZnSe към фенол-пиридинови диадни акцептори, прикрепени към тяхната повърхност.
Когато квантовите точки от ZnSe поглъщат светлина, те преминават във възбудено състояние. След това дупка се премества от ZnSe към фенола, докато едновременно с това протон преминава от фенола към пиридина. Електронът се пренася от ZnSe към феноксилен радикал, а протонът се връща от пиридиния в изходното си положение. Тези свързани етапи осигуряват общ пренос на спин-триплетна енергия от квантовите точки ZnSe към фенол-пиридиновите диади.
Въпреки че протонът се връща в изходната си позиция, временното му преместване оказва значително влияние. Протонната совалка значително увеличава както скоростта, така и ефективността на преноса на триплетна енергия в сравнение с аналог без такава совалка. Екипът също така установи, че добавянето на силно електроноакцепторна трифторметилна заместваща група към пиридина може да промени реда, в който протичат свързаните с протона етапи на пренос на електрони и дупки.
Скоростта на PS-TET се променя много малко с температурата, което показва, че протонът не се движи в резултат на обикновен топлинен процес. Вместо това, той се придвижва посредством квантово-механично тунелиране. Изчисленията, включващи интеграли на припокриване на вълновите функции на протона, потвърдиха тази интерпретация. Резултатите показват, че квантовите ефекти могат да се използват за управление на преноса на заряд и енергия в сложни материали дори при стайна температура, което има дълбоки последствия за много съвременни молекулни технологии.
По информация на Kaldata.
