Elektron və proton hərəkəti tez-tez həm canlı sistemlərdə, həm də mühəndislik materiallarında birlikdə işləyir. Ən tanış nümunə bioenergetika, hüceyrə tənəffüsü, fotosintez və azot fiksasiyasında mərkəzi rol oynayan protonla əlaqəli elektron transferidir (PCET). PCET həmçinin enerji çevrilməsi və saxlanması üçün istifadə edilən bir çox süni materialların dizaynına təsir göstərmişdir. Daha yaxınlarda alimlər protonla əlaqəli tək enerji transferi (PCEnT) kimi tanınan başqa bir əlaqəli prosesi müəyyən etdilər.

Çin Elmlər Akademiyasının Dalian Kimyəvi Fizika İnstitutunda professor Kaifeng Wunun rəhbərlik etdiyi bir qrup, PCET və PCEnT-nin əvvəlki tədqiqatlarına əsaslanaraq, daha bir vacib, lakin az başa düşülən prosesi araşdırdı: proton hərəkəti ilə əlaqəli üçqat enerji ötürülməsi.

Triplet enerji ötürülməsi həm təbii, həm də sintetik sistemlərdə enerjinin hərəkəti üçün əsas yoldur, lakin tək enerji ötürülməsindən fərqli şəkildə işləyir. Proton hərəkətinin bu prosesə necə təsir etdiyini anlamaq, inkişaf etmiş materiallarda enerji axınını idarə etmək üçün yeni yollar aça bilər.

Nature Materials jurnalında dərc olunmuş bir araşdırmada tədqiqatçılar əvvəllər məlum olmayan bir mexanizm olan proton servis köməkli triplet enerji ötürülməsi (PS-TET) haqqında məlumat veriblər. Bu proses enerjinin ZnSe əsaslı kolloid kvant nöqtələrindən (QD) onların səthlərinə yapışdırılmış fenol-piridin diadik akseptorlarına keçdiyi müşahidə edilib.

Proton Servisi Enerjini Necə Hərəkət Edir

ZnSe QD-ləri işığı udduqda həyəcanlanmış vəziyyətə keçirlər. Daha sonra bir dəlik ZnSe-dən fenola, bir proton isə eyni zamanda fenoldan piridinə keçir.

Daha sonra, elektron ZnSe-dən fenoksil radikalına keçir. Eyni zamanda, proton piridiniumdan orijinal yerinə qayıdır. Birlikdə, bu əlaqəli addımlar spin-triplet enerjisinin ZnSe QD-lərindən fenol-piridin diadalarına ümumi hərəkətini yaradır.

Proton nəticədə başladığı yerdə bitir, lakin onun müvəqqəti hərəkəti böyük təsirə malikdir. Serial, proton serialı olmayan metilləşdirilmiş analoqla müqayisədə triplet enerji ötürülməsinin həm sürətini, həm də səmərəliliyini xeyli artırır.

Komanda həmçinin aşkar etdi ki, piridinə güclü elektron çəkən trifluorometil əvəzedicisinin əlavə edilməsi protonla əlaqəli elektron və dəlik ötürmə mərhələlərinin baş vermə ardıcıllığını dəyişdirə bilər.

Otaq Temperaturunda Kvant Tuneli

PS-TET sürəti temperaturla çox az dəyişdi. Bu, protonun ənənəvi istiliklə idarə olunan bir prosesdən keçmədiyini göstərir. Bunun əvəzinə, kvant mexaniki tuneldən keçdiyi görünür.

Proton vibrasiya dalğa funksiyası üst-üstə düşən inteqralları əhatə edən hesablamalar bu təfsiri dəstəklədi. Bu inteqrallar hansı həyəcanlanmış vəziyyət relaksasiya yollarının üstünlük təşkil etdiyini müəyyən etməyə və sistemi səmərəli üçqat enerji miqrasiyasına yönəltməyə kömək edir.

Nəticələr göstərir ki, kvant effektləri otaq temperaturunda belə mürəkkəb materiallarda yük və enerji ötürülməsini idarə etmək üçün istifadə edilə bilər.

Günəş elementlərində, lazerlərdə və katalizdə potensial istifadə sahələri

Professor Vu qeyd etdi ki, “PS-TET mexanizminin kəşfi molekulların spin-triplet həyəcanlanmış hallarını əhatə edən bir çox müasir molekulyar texnologiyalar üçün dərin nəticələrə malikdir”.

Triplet generasiya səmərəliliyinin artırılması fotoredoks və ətraf mühit katalizini yaxşılaşdıra bilər. Lakin digər texnologiyalarda triplet əmələ gəlməsinin məhdudlaşdırılması lazım gələ bilər. Günəş batareyaları və lazerlər kimi üzvi optoelektron cihazlar istənməyən triplet vəziyyətləri basdırıldıqda daha yaxşı nəticə göstərə bilər.

Tədqiqat göstərir ki, alimlər lazım olduqda üçqat əmələ gəlməni tənzimləyə bilərlər. Proton serialının yaradılması prosesi gücləndirə bilər, serialın çıxarılması isə prosesi azalda və ya qarşısını ala bilər.