Científicos japoneses convierten la luz solar en radiación ultravioleta

Científicos japoneses han desarrollado un nuevo material sólido capaz de convertir la luz visible ordinaria en radiación ultravioleta (UV) de alta energía. Esta tecnología, creada por investigadores de la Universidad de Kyushu, elimina la necesidad de utilizar disolventes tóxicos y representa un paso revolucionario en el campo de la upconversion fotónica. El descubrimiento, publicado en la revista Nature Communications, se espera que tenga amplias aplicaciones en el futuro, desde la purificación del aire hasta las tecnologías de impresión 3D. Así lo informa Ixbt.com en su noticia.

La radiación ultravioleta posee una energía mucho más alta que la luz visible, lo cual es fundamental para el curado de resinas poliméricas, la desinfección y diversos procesos fotoquímicos. Sin embargo, solo el 6 % de la luz solar que llega a la superficie terrestre es ultravioleta, y solo una pequeña parte de ella puede aprovecharse en la práctica. Por ello, la tecnología de conversión artificial de luz solar ordinaria en rayos UV ha sido una de las direcciones prioritarias de la ciencia moderna.

Física cuántica y fusión de fotones

La nueva tecnología se basa en el fenómeno de la upconversion fotónica. Según las leyes de la física cuántica, varios fotones de baja energía pueden fusionarse para formar un solo fotón de alta energía. Yoichi Sasaki, profesor asociado de la Universidad de Kyushu, explica que este proceso puede compararse con la unión de dos tazas de agua tibia para convertirse en una taza de agua hirviendo. Los investigadores utilizaron un mecanismo molecular especial para llevar a cabo este complejo proceso.

El proceso se basa en un mecanismo llamado «aniquilación triplete-triplete». Primero, una molécula que absorbe la luz pasa a un estado excitado y transfiere esta energía a una molécula vecina. Cuando dos de estas moléculas excitadas colisionan, sus energías se fusionan y, como resultado, se emite un fotón ultravioleta. Mientras que anteriormente estos sistemas solo funcionaban eficazmente en líquidos, ahora se ha logrado este resultado en sólidos.

Eliminación de disolventes líquidos

Anteriormente, los sistemas de upconversion fotónica requerían principalmente disolventes líquidos tóxicos y volátiles. Los intentos de trasladarlos a materiales sólidos habían fracasado: debido a que las moléculas estaban demasiado cerca, la energía se extinguía antes de que ocurriera la colisión. Los científicos japoneses resolvieron este problema mediante un semiconductor orgánico llamado dihidroindenoindeno (DHI).

Al añadir cadenas alquilo específicas a las moléculas de DHI, los científicos lograron controlar con precisión la distancia entre las moléculas. Esto aseguró la proximidad suficiente para la transferencia de energía sin permitir su pérdida prematura. El material resultante mostró una eficiencia del 1,9 %, lo que significa que se generan dos fotones UV por cada cien fotones de luz absorbidos.

Los autores del estudio señalan que este indicador es muy alto para materiales sólidos que funcionan bajo la luz solar ordinaria. Muchos sistemas existentes no alcanzan tal eficiencia incluso bajo luz artificial intensa. Debido a que la estructura química del nuevo material es sencilla y los costes de producción son bajos, ya se ha solicitado una patente.

Este descubrimiento fue el resultado final de 14 años de actividad científica para el profesor Nobuo Kimizuka. El científico se jubiló 11 días después de finalizar su artículo. En su opinión, esta tecnología abrirá una nueva era en la mejora de la eficiencia del uso de la energía solar y la implementación de procesos químicos ecológicos.