这项创新在固态系统中实现了 1.9% 的转换效率。

日本九州大学的研究人员创造出一种新型固态分子材料，能够将两个普通可见光粒子“相加”，制造出一个高能紫外光子。更令人惊叹的是，它只需利用环境光，即未经聚光的普通户外阳光。这项创新在固态系统中实现了 1.9% 的转换效率。

“我们在这里所做的，是把两个可见光光子的能量‘叠加’，产生一个紫外光子。这是一个极为迷人的过程，叫做光子上转换。”九州大学工学院副教授、该论文通讯作者佐佐木阳一（Yoichi Sasaki）说。

与时间赛跑

虽然这个数字听起来可能不算高，但对材料物理而言却意义重大。此前，完成这种量子炼金术需要致盲的高强度实验室激光。能在普通午后的天空下实现，无疑颠覆了游戏规则。

然而，科学只是故事的一半。研究团队不得不拼命赶工，以便在教授退休前完成研究。十四年多来，名誉教授君塚信夫（Nobuo Kimizuka）一直在追逐分子化学的终极目标之一。他渴望开创一种能够“升级”光能的固态系统。

该技术的液态版本曾经可行，但使用了有毒且快速挥发的溶剂。而安全的固态替代品也有问题：分子紧密堆积在一起，会导致它们的能量场彼此重叠，还没结合就先衰减殆尽。十多年来，这种完美的结构平衡始终难以企及。

直到 2024 年 5 月，实验室突然闪现了灵感。团队设计出一种名为二氢茚并茚烯（DHI）的有机半导体。有意思的是，他们在其碳骨架上接上了微小的烃链，创造出一种分子支架。它就像微观的间隔物，让分子之间既足够靠近以分享能量，又完美地隔开，避免相互抵消。整个系统运行得非常出色。

但当时有一个巨大的难题：君塚教授距离正式退休已不足一年。最终的突破刚好在倒计时响起前降临。紧接着是一场拼命的科学接力赛。研究生和青年教员不分昼夜地工作，将数月的数据分析和论文撰写压缩到几天之内。他们最终定稿，并在君塚教授退休前仅 11 天，将完整的稿件自豪地递交给他。

阳光驱动紫外光升级为何重要

我们夏天通常要涂上厚厚的防晒霜，躲避强烈的紫外线。那么，为什么科学家还想制造更多呢？

工业紫外光，是现代技术一道无形的基础支柱。它驱动着空气净化系统，瞬间固化高科技 3D 打印机内的树脂，也是牙医在数秒内硬化凝胶充填物的那种特定光能。然而，到达地球的自然阳光中，可用的紫外线仅占区区 6%。

这项进展基于一种被称为“三重态-三重态湮灭”（TTA）的现象：两个受激分子相互碰撞，并将能量汇集起来，发射出单个超高能光子。首先，“给体”分子吸收可见光，进入高能三重态，接着将能量传递给“受体”分子。当两个这样的三重态粒子碰撞时，彼此湮灭并汇集能量，释放出单个紫外光子。

研究团队已为该材料申请了专利，并指出其合成方法简单、成本低。未来，这种由阳光驱动的分子薄膜可以涂布在室内空气净化器上，或者仅凭午后阳光就能驱动环保、低能耗的 3D 打印机。

该研究成果已发表于《自然·通讯》（Nature Communications）杂志。

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