Singlet fission -en plattform för transformativa teknologier
- Diarienummer
- FFL24-0027
- Projektledare
- Gray, Victor
- Start- och slutdatum
- 250801-300731
- Beviljat belopp
- 15 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- Uppsala University
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Målet med denna forskning är att etablera en ny kemibaserad teknikplattform centrerad kring singlet fission (SF) för kvantinformationsvetenskap (KIV) och multielektronfotokatalys. Genom en kombination av organisk syntes och avancerad spektroskopiskkaraktärisering kommer jag att utveckla och undersöka nya SF-material för tillämpningar utöver solceller. De huvudsakliga målen är att: i) Utveckla designprinciper för SF-material för KIV och fotokatalytiska tillämpningar. ii) Praktiskt tillämpa SF på tillämpningar av stor samhällelig och industriell betydelse. Specifikt kommer SF att tillämpas för kvantsensorik av biologiskt relevanta katjoner, för att fastställa dess relevans för medicin och farmaci. Inom fotokatalys kommer SF att driva multielektronreaktioner, såsom väteutveckling, vilket är av stort intresse för solbränsleproduktion. Arbetet är strukturerat i tre huvudpaket: design och syntes av nya material, spektroskopisk karaktärisering för att förstå fotofysiska och spindynamiska processer, samt proof-of-concept-tillämpningar. De förväntade vetenskapliga resultaten inkluderar nya insikter i molekylär design av SF-material, struktur-aktivitetsrelationer och SF roll som en teknikplattform för praktiska tillämpningar inom kvantsensorik och fotokatalys. Projektet kommer också att utbilda ett antal experter inom kvantinformationsvetenskap med en stark kemisk bakgrund, vilket fyller ett underrepresenterat område inom KIV som är avgörande för att uppfylla Sveriges kvantagenda.
Populärvetenskaplig beskrivning
Fotokatalys, där ljus används för att driva kemiska reaktioner, kan bidra till att producera hållbara bränslen som vätgas eller tillverka viktiga molekyler som läkemedel. Fotokatalysatorer utnyttjar ljus för att excitera elektroner, men att effektivt utnyttja svaga ljuskällor som solen är en utmaning. Här kommer en fotofysisk process som heter singlet fission (SF) in, en process där en foton kan generera två exciterade elektroner, vilket gör SF lovande för nya fotokatalytiska tillämpningar. Forskning på SF har fokuserat på applikation innom solceller. Men processen bildar ett kvanttillstånd som består av ett sammanflätat triplettpar som existerar vid rumstemperatur, vilket gör att det också kan tillämpas i kvantinformationsvetenskap. Kvantinformationsvetenskap (KIV) utnyttjar kvantmekanik för att skapa kraftfull beräkning, säker kommunikation och känslig sensorteknik. Men eftersom kvanttillstånd är ömtåliga och svåra att bibehålla vid rumstemperatur behövs nya material och metoder som kan skapa stabila och kontrollerbara kvanttillstånd för att möjliggöra utveckling i större skala. Majoriteten av SF forskning har fokuserats på tillämpning i solceller, det är därför viktigt att förstå hur SF kan optimeras m.a.p. kvantinformationsapplikationer och fotokatalys, applikationer som ställer andra krav. I detta projekt undersöker jag hur SF, kan förbättra både traditionell fotokatalys och möjliggöra nya reaktioner, samt hur SF bäst kan användas för KIV. Målet är att etablera en teknikplattform kring SF för både KIV och fotokatalys genom att utveckla nya material och metoder. Detta innefattar att skapa designprinciper för SF-material och att praktiskt tillämpa dem för tillämpningar med hög samhällelig och industriell betydelse, som kvantsensorer för medicin och multielektronreaktioner för hållbar energiproduktion. Arbetet fokuserar på materialdesign, spektroskopisk analys och proof-of-concept-tester, med förväntade resultat som nya insikter i SFs potential för KIV och fotokatalys, samt utbildning av experter för att stödja Sveriges kvantagenda.