In natural photosynthesis, light is absorbed by photonic antenna systems consisting of a few hundred chlorophyll molecules. These devices allow fast energy transfer from an electronically excited molecule to an unexcited neighbor molecule in such a way that the excitation energy reaches the reaction center with high probability. Trapping occurs there. Systems with similar properties can be prepared by enclosing dyes inside a microporous material and by choosing conditions such that the cavities are able to uptake only monomers but not aggregates. The materials we discuss generally consist of cylindrical zeolite L crystals, in the size range of 30–7000 nm, the channels of which are filled with dye molecules. The synthesis is based on the fact that molecules can diffuse into individual channels. In some cases it is desirable to modify the channel openings afterwards by adding a closure molecule. Functionalization of the closure molecules allows fine-tuning of, for example, wettability, refractive index, and chemical reactivity. The supramolecular organization of the dyes inside the channels is a first stage of organization. It allows light harvesting within a certain volume of a dye-loaded nanocrystalline zeolite and radiationless transport to both ends of the cylinder or from the ends to the center. The second stage of organization is the coupling to an acceptor or donor stopcock fluorophore at the ends of the zeolite L channels, which can trap or inject electronic excitation energy. The third stage of organization is the coupling to an external device via a stopcock intermediate. Another host–guest system, which will be shortly presented, is zeolite A containing silver sulfide. Due to the small dimensions of the cages of zeolite A it is possible to stabilize Ag 2 S monomers and dimers. In contrast to bulk silver sulfide these small particles show photoluminescence in the visible. In both host–guest systems interesting optical phenomena such as laser action are observed. The wide-ranging tunability of these highly organized materials offers fascinating new possibilities for exploring excitation energy transfer phenomena, and challenges for developing new photonic devices for solar energy conversion and storage. To cite this article: G. Calzaferri et al., C. R. Chimie 9 (2006).
Dans la photosynthèse naturelle, la lumière est absorbée par des systèmes d'antennes photoniques formées de quelques centaines de molécules de chlorophylle. Ces systèmes permettent le transfert rapide de l'énergie d'une molécule électroniquement excitée vers une molécule voisine non excitée, de telle façon que l'énergie d'excitation atteigne avec une très forte probabilité le centre de réaction, où a lieu la capture. Des systèmes de propriétés similaires peuvent être préparés en introduisant des colorants dans un matériau microporeux et en choisissant des conditions telles que les cavités soient capables d'incorporer seulement des monomères et non des agrégats. Les matériaux généralement utilisés consistent en des cristaux cylindriques de zéolites L de taille comprises entre 30 et 7000 nm, dont les canaux sont remplis de molécules de colorant. La synthèse repose sur le fait que les molécules peuvent diffuser dans les canaux individuels. Dans certains cas, il est désirable de modifier ultérieurement l'ouverture du canal en ajoutant une molécule pour la fermer. La fonctionnalisation des molécules de fermeture permet, par exemple, un contrôle précis de la mouillabilité, de l'indice de réfraction et de la réactivité chimique. L'organisation supramoléculaire des colorants dans les canaux est la première étape de l'organisation. Elle permet la collecte de la lumière dans un certain volume de la zéolite nanocrystalline remplie de colorant et le transport sans émission lumineuse, jusqu'aux deux extrémités du cylindre, ou depuis les extrémités jusqu'au centre. La deuxième étape de l'organisation est le couplage d'un accepteur ou d'un donneur luminescent aux extrémités des canaux de la zéolite L, qui peut capter ou injecter de l'énergie d'excitation électronique. La troisième étape de l'organisation est le couplage à un système externe par un intermédiaire. Un autre système hôte/invité, qui sera présenté rapidement, est la zéolite de type A, qui contient du sulfure d'argent. À cause de la petite dimension des cages de la zéolite A, il est possible de stabiliser les monomères et dimères Ag 2 S. Contrairement au sulfure d'argent massif, ces petites particules sont photoluminescentes dans le visible. Dans les deux systèmes hôtes/invités, des phénomènes optiques intéressants, tels que l'action laser, sont observés. Le grand domaine d'ajustement de ces matériaux fortement organisés ouvre de nouvelles et fascinantes possibilités pour explorer les phénomènes de transfert d'énergie d'excitation. Ils représentent un défi en vue du développement de nouveaux dispositifs photoniques pour la conversion et le stockage de l'énergie solaire. Pour citer cet article : G. Calzaferri et al., C. R. Chimie 9 (2006).