一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法

本发明涉及光子上转换，特别是涉及一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法。

背景技术：

1、光子上转换是一种涉及低能量光子拼接为高能量光子的光物理过程，目前在许多基础和应用领域被广泛研究，通过尽量提高电池的光吸收效率来提高太阳能电池效率具有重要的研究意义。在溶液中基于三线态-三线态湮灭机理实现上转换（triplet-tripletannihilation upconversion, tta-uc）已被观测到长达60年之久。上转换过程包括敏化剂和湮灭剂两个组分，具体的过程是：首先，敏化剂通过吸收低能量光子被激发到单线态，然后通过系间窜越（intersystem crossing, isc）过程到达三线态；随后，具有较低三线态能级的湮灭剂分子能够接受敏化剂的三线态能量，发生三线态能量传递（triplet energytransfer, tet）；最后，三线态湮灭过程（triplet-triplet annihilation, tta）过程发生在两个湮灭剂分子之间，生成一个单线态的湮灭剂分子，并发射出高能量的光子。

2、tta-uc在溶液中较易实现，这是由于tet和tta都是dexter机理的能量传递过程，需要通过分子碰撞实现。目前在溶液中所报道的最高的tta-uc效率高达38%（最高50%），然而在溶液中实现的转光过程显然不利于应用。相比于溶液，固体上转换材料更稳定、利于应用，近些年的研究中，固体tta-uc材料的发展也获得了巨大进步，开发了包括二氧化硅包覆、合成聚合物、金属有机框架、超分子凝胶等制备方法，但是要获得与液体介质中相当的上转换效率，并真正实现多种应用场景的实际应用，需解决的问题为，1）制备及使用过程不受氧气干扰，提高稳定性；2）保证高效率的能量传递；3）制备方法简单，降低成本，可大面积、大批量制备。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法，无需单独的除氧操作，价格低廉、工艺简单且得到具有高效率的上转换固体材料。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法，包括以下步骤，

3、s1、配置上转换母液：将敏化剂和发射剂加入高沸点溶剂中，加入除氧剂搅拌均匀，得到上转换母液；

4、s2、配置聚合物母液：将聚甲基丙烯酸甲酯溶解于二氯甲烷中，搅拌均匀后放置过夜，得到聚合物母液；

5、s3、配置母液：将s1中的上转换母液和s2中的聚合物母液按照4:1-30的比例混合，充分摇晃至均匀，得到母液；

6、s4、将s3中得到的母液用于制备上转换固体材料，上转换固体材料为聚合物玻璃夹片或聚合物膜。

7、优选的，s1中，敏化剂为八乙基卟啉铂、四苯基四苯并卟啉钯中的一种或多种。

8、优选的，s1中，发射剂为9,10-二苯基蒽、苝中的一种或多种。

9、优选的，s1中，除氧剂为双甲硫基甲烷。

10、优选的，s1中，高沸点溶剂为苯甲酸己酯。

11、优选的，s4中，将母液滴加到玻璃片上，旋涂后加盖相同尺寸的玻璃片后固化，得到聚合物玻璃夹片。

12、优选的，s4中，将母液置于圆形表面皿中，通风橱中放置至二氯甲烷挥发，得到聚合物膜。

13、上述一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法制备得到的上转换固体材料的应用，上转换固体材料应用于光催化或制备太阳能电池，将无法利用的低能量光子转换为可利用的高能量光子，提升太阳光谱利用效率。

14、因此，本发明采用上述步骤的一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法，其有益效果为：

15、1、使用高沸点溶剂溶解敏化剂和发射剂，使得敏化剂和发射剂能够持续保持在聚合物中，使能量传递过程高效率发生，消除了固体介质中存在的聚集荧光猝灭、单线态能量回传等问题；

16、2、高沸点溶剂和除氧剂的加入，消除了环境氧气对上转换的影响，使材料的制备和后续使用均可在无需额外除氧的环境中进行，制备过程简单；

17、3、聚合物母液从液态到聚合物膜的转变仅需简单挥发即可实现，相比其它聚合方法更加简单高效，无需聚合反应所需的苛刻反应要求；

18、4、聚合物母液和上转换母液可按照不同比例混合，控制制备得到的上转换固体材料的最终形态，上转换固体材料应用于光催化或制备太阳能电池，将无法利用的低能量光子转换为可利用的高能量光子，提升太阳光谱利用效率。

19、下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

技术特征：

1.一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法，其特征在于：包括以下步骤，

2.根据权利要求1所述的一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法，其特征在于：s1中，敏化剂为八乙基卟啉铂、四苯基四苯并卟啉钯中的一种或多种。

3.根据权利要求1所述的一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法，其特征在于：s1中，发射剂为9,10-二苯基蒽、苝中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法，其特征在于：s1中，除氧剂为二甲硫基甲烷。

5.根据权利要求1所述的一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法，其特征在于：s1中，高沸点溶剂为苯甲酸己酯。

6.根据权利要求1所述的一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法，其特征在于：s4中，将母液滴加到玻璃片上，旋涂后加盖相同尺寸的玻璃片后固化，得到聚合物玻璃夹片。

7.根据权利要求1所述的一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法，其特征在于：s4中，将母液置于圆形表面皿中，通风橱中放置至二氯甲烷挥发，得到聚合物膜。

8.根据权利要求1所述的一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法制备得到的上转换固体材料的应用，其特征在于：上转换固体材料应用于光催化或制备太阳能电池，将无法利用的低能量光子转换为可利用的高能量光子，提升太阳光谱利用效率。

技术总结
本发明公开了一种基于除氧剂制备高效率上转换固体材料的方法，涉及光子上转换技术领域，包括以下步骤，配置上转换母液：将敏化剂和发射剂加入高沸点溶剂中，加入除氧剂搅拌均匀，得到上转换母液；配置聚合物母液：将聚甲基丙烯酸甲酯溶解于二氯甲烷中，搅拌均匀后放置过夜，得到聚合物母液；配置母液：将上转换母液和聚合物母液按照4:1‑30的比例混合，充分摇晃至均匀，得到母液；将得到的母液用于制备上转换固体材料，上转换固体材料为聚合物玻璃夹片或聚合物膜。本发明采用上述步骤，无需单独的除氧操作，价格低廉、工艺简单且得到具有高效率的上转换固体材料，应用于太阳能电池中提高太阳光谱利用效率。

技术研发人员：蒋绪川,刘珊珊,姜深奥,苟婷婷,周璇
受保护的技术使用者：济南大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/25