UVB heeft tegenwoordig veel toepassingen, maar vereist inefficiënte en giftige bronnen om te produceren. Een samenwerking tussen Kyushu University en Johannes Gutenberg University Mainz heeft een systeem ontwikkeld waarbij blauw LED-licht wordt opgeconverteerd naar UVB-licht. Bovendien gebruikt het systeem alleen organische materialen, wat de deur opent voor een duurzamere en milieuvriendelijkere methode om UVB-licht te genereren. Krediet: Universiteit van Kyushu
Wetenschappers uit Japan en Duitsland hebben een nieuwe, duurzame methode bedacht om blauw LED-licht om te zetten in UVB.
Een internationaal team uit Japan en Duitsland heeft een systeem ontwikkeld dat blauw LED-licht omzet in hoogenergetisch ultraviolet B-licht (UVB).
Het nieuwe systeem, dat niet afhankelijk is van giftige en inefficiënte materialen die traditioneel worden gebruikt voor UVB-productie, biedt een duurzamere en milieuvriendelijkere oplossing voor UVB-toepassingen. De bevindingen werden gepubliceerd in het tijdschrift toegepaste chemie.
Het is moeilijk om het praten over ultraviolet licht te vermijden, vooral in de zomer. Deze hoogenergetische stralen die door de zon worden geproduceerd, vallen buiten het zichtbare lichtspectrum en zijn een bekende boosdoener voor zonnebrand en zonnebrand. UV-licht wordt onderverdeeld in drie typen, afhankelijk van de golflengte: A, B en C. UVA bevat het langgolvige UV-licht dat het aardoppervlak bereikt, terwijl kortergolvige UVB en UVC grotendeels door de ozonlaag worden geabsorbeerd.
Desalniettemin hebben wetenschappers ontdekt dat kunstmatig geproduceerde UVB en UVC nuttig zijn in toepassingen zoals desinfectie. UVB is specifiek toegepast in processen zoals fotochemische reacties, ontgifting van verontreinigende stoffen en afvalwaterzuivering. Het wordt zelfs op medisch gebied gebruikt bij behandelingen voor huidaandoeningen zoals eczeem en vitiligo.
Voor het genereren van UVB zijn momenteel echter bronnen nodig zoals kwiklampen, die inefficiënt en giftig zijn als ze niet op de juiste manier worden verwijderd.
Een manier om dit te omzeilen is het opwekken van UVB door het door leds geproduceerde licht te ‘upconverteren’. Upconversion is een methode waarbij een materiaal twee fotonen van licht met lagere energie absorbeert en hun energie combineert om er één uit te zenden foton van licht met hogere energie. De methode gebeurt meestal met behulp van een reeks organische materialen.
In de loop der jaren hebben twee onderzoeksteams in Japan en Duitsland, onder leiding van respectievelijk Nobuhiro Yanai van de Graduate School of Engineering van de Kyushu-universiteit en Christoph Kerzig van de Johannes Gutenberg-universiteit in Mainz, gewerkt aan de evaluatie van verschillende verbindingen voor het opwaarderen van blauw licht van leds in uv-licht. licht.
“De golflengte van blauw LED-licht komt in het zichtbare lichtspectrum het dichtst in de buurt van UV-licht. We hebben succes gehad bij het omzetten van blauw LED-licht met een langere golflengte in UVA met een kortere golflengte. Dus onze volgende stap was het vinden van verbindingen die blauw LED-licht konden omzetten in UVB », legt Yanai uit. « Met onze medewerkers in Mainz hebben we kandidaat-moleculen geconstrueerd en zijn we begonnen met het screenen van hun kenmerken. »
De samenwerking was op zijn zachtst gezegd een doorslaand succes. Ze waren niet alleen in staat om moleculen te ontwikkelen die blauw LED-licht opwaarderen in UVB, maar ze waren ook in staat om het gebruik van zware metalen te vermijden die traditioneel in dergelijke processen worden gebruikt.
« Onze onderzoeken tonen bewijs voor een tot nu toe ongerapporteerde blauw-naar-UVB-upconversie die ook een weg is naar een veiligere en duurzamere productie van UVB », concludeert Yanai. « Dit eerste upconversion-systeem is echter op vloeistof gebaseerd en vertrouwt op verschillende bimoleculaire reacties die de stabiliteit en het gebruik op lange termijn belemmeren. Bovendien is het huidige conversiepercentage ongeveer 1%, natuurlijk is ons volgende doel om de efficiëntie te verhogen en tegelijkertijd herbruikbare materialen voor veelzijdige toepassingen te ontwikkelen.”
Referentie: « Blue-to-UVB Upconversion, Solvent Sensitization and Challenging Bond Activation Enabled by a Benzene-Based Annihilator » door Till JB Zähringer, Julian A. Moghtader, Maria-Sophie Bertrams, Dr. Bibhisan Roy, Masanori Uji, Prof. Dr. Nobuhiro Yanai en prof. dr. Christoph Kerzig, 18 november 2022, toegepaste chemie.
DOI: 10.1002/anie.202215340
De studie werd gefinancierd door de Duitse onderzoeksstichting, de Duitse federale milieustichting en de Japan Society for the Promotion of Science.
