客户访谈丨让光电子转换被看见-佛罗里达州立大学光物理学研究员Kenneth Hanson 教授

从 FSU 开始，您的工作主要集中在研究金属氧化物表面自组装分子的光物理学。您能否总结一下您从哪里开始此研究以及原因，最后您的团队一直在做什么？

在 UNC Chapel Hill 做博士后期间，我第一次接触到金属氧化物表面自组装，我们的目标是使用这些界面进行光催化水氧化和质子还原。自从在 FSU 开始，我们的研究小组一直专注于在这些界面上使用金属离子连接的多层组件来控制能量和电子转移的速率、产量和方向。例如，我们已经证明金属离子和第一分子层的性质是控制染料和表面之间电子转移机制的有效手段，或者通过调整两层染料的能量增加宽带吸收提高太阳能转换效率。最近，我们证明了在界面处的分子组装是促进单线态裂变和低能敏化的有效手段。可以说，我们最成功地实施这一策略是利用太阳能电池中的分子光子上转换。

三重态-三重态湮灭在太阳能转换中的应用一直是您工作中的一贯主题，如何使用它来提高太阳能电池效率并实现更加碳中和的未来？

限制太阳能电池效率的主要损耗机制之一是次带隙光子的传输或吸收不足。规避这一限制的一个有趣策略是使用光子上转换，结合两个低能量光子以产生更高能量的激发态，以利用这些子带隙光子。虽然在太阳能电池中使用光子上转换的想法并不新鲜，但其实施一直具有挑战性。大部分努力都集中在使用上变频滤波器作为当前太阳能电池的外部组件。我们小组对该领域的主要贡献是将上转换直接集成到太阳能电池中。我们在金属氧化物表面使用受体和敏化剂分子的多层组装，以获得在标准日光强度下由光子上转换产生的最高光电流。将我们的上转换多层膜与创纪录的太阳能电池相结合，可能会提供一种方法，将太阳能电池的效率提高到超出其当前限制的水平，从而产生更便宜的太阳能电池和新的替代能源机会。

还有其他令您兴奋的研究项目吗？

我们的实验室正在开展另外两个独立的项目。首先是利用某些染料显著增加的酸度，通过激发态质子转移 (ESPT) 促进化学转化。我们证明了 ESPT 染料可以催化和对映选择性地质子化有机底物。最近我们表明，在添加手性导向基团后，ESPT 诱导的异构化是对映富集外消旋混合物的有效手段。第二个项目与 FSU、DOE-EFRC（锕系元素科学与技术中心）合作，专注于使用波长选择性激发来分离金属离子的混合物. 我们期待在不久的将来扩大我们在这两个领域的努力。

您在工作中使用了多种光谱学和材料分析，Edinburgh Instruments 的光谱仪如何促进您的研究？

毫无疑问，爱丁堡FLS980和 LP920 是我们最高效的光学仪器。上述所有研究工作的核心是了解分子和/或界面的结构如何决定光诱导事件的速率和效率。鉴于这些项目中的许多都包含多组分并具有多步骤过程，因此充分表征这些材料通常是一项艰巨的任务。这就是为什么我们经常结合使用稳态和时间分辨发射和吸收测量以及样品和对照之间的比较来破译激发态动力学和机制的原因。

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