PFI-TT: Synthesis of low-cost and environmentally sustainable organic phosphors for light emitting diode lighting fixtures

PFI-TT:用于发光二极管照明灯具的低成本且环境可持续的有机荧光粉的合成

基本信息

  • 批准号:
    2043422
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 25万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-02-15 至 2025-03-31
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

The broader impact/commercial potential of this Partnerships for Innovation - Technology Translation (PFI-TT) project is to eliminate dependence on rare-earth (REEs) in phosphors used in light emitting diode (LED) lighting applications while continuing to improve lighting quality and efficiency. Rare earth elements are essential for inorganic phosphors used in commercial LED products. Even though the REEs are currently available; They are geographically unevenly distributed, so their availability is susceptible to various factors, such as social and political constraints, environmental regulations and economics, and thus, a high degree of uncertainty exists in their future availability. As a result, inorganic phosphors present an inherent risk to the long-term commercial viability and utility of LED lighting. Moreover, there exists an opportunity to improve the efficiency and light quality performance of existing inorganic phosphors. Improvements could result in reduced electricity consumption, which could lead to significant reductions in greenhouse gas emissions considering the wide application of LEDs. In addition to direct impacts on visual performance, light quality affects human mood and behavior. Improved light quality may lead to elevated mental states, sharpened alertness, and boosted productivity. The proposed project develops an eco-friendly method to synthesize organic phosphors using an abundant natural product in place of rare earth elements, at a commercially competitive cost. The final product, a phosphor-imbed sheet, can be integrated into lighting products as the outer cover and achieve enhanced efficiency and color quality compared to rare earth element-derived inorganic phosphors. The team is the first to report the syntheses of highly fluorescent organic phosphors from theobromine, a molecule derived from cacao beans, through direct arylation. Using an abundant, non-toxic natural product and advanced green chemistry allows the research group to produce the desired organic phosphors at both reduced cost and environmental impacts. Moreover, introducing theobromine to organic phosphors enhances their ambient stability, which is essential for LEDs given their long lifetime. The synthetic and molecular design challenges the common conception that organic phosphors are expensive and unstable. Dr. Luscombe and her students recently developed theobromine-derived phosphors offering efficiency and light quality performance that exceeds most commercial products. Their next steps will focus on further enhancing the stability of the theobromine-derived phosphors through molecular optimization and encapsulation designs, aiming to narrow or eliminate the gap between lab research and a commercial product.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
这项创新技术转化伙伴关系(PFI-TT)项目的更广泛影响/商业潜力是消除对发光二极管(LED)照明应用中使用的荧光粉中稀土(REEs)的依赖,同时继续提高照明质量和效率。稀土元素对于商用LED产品中使用的无机荧光粉是必不可少的。尽管稀土元素目前是可用的;它们在地理上分布不均,因此它们的可得性容易受到各种因素的影响,如社会和政治限制、环境法规和经济,因此,它们未来的可得性存在高度的不确定性。因此,无机荧光粉对LED照明的长期商业可行性和实用性存在固有的风险。此外,有机会提高现有无机荧光粉的效率和光质量性能。改进可以减少电力消耗,考虑到led的广泛应用,这可能导致温室气体排放的显著减少。除了直接影响视觉表现外,光线质量还会影响人的情绪和行为。改善的光线质量可以提高精神状态,提高警觉性,提高工作效率。该项目开发了一种生态友好的方法,利用丰富的天然产物代替稀土元素合成有机荧光粉,成本具有商业竞争力。与稀土元素衍生的无机荧光粉相比,最终产品是一种嵌入磷片,可以作为外罩集成到照明产品中,并实现更高的效率和色彩质量。该团队首次报道了通过直接芳基化,从可可碱(一种源自可可豆的分子)合成高荧光有机荧光粉的研究。利用丰富、无毒的天然产物和先进的绿色化学,研究小组可以在降低成本和环境影响的情况下生产所需的有机荧光粉。此外,将可可碱引入有机荧光粉可以增强其环境稳定性,这对于led的长寿命至关重要。合成和分子设计挑战了有机荧光粉昂贵和不稳定的普遍观念。Luscombe博士和她的学生最近开发了可可碱衍生的荧光粉,其效率和光质量性能超过了大多数商业产品。他们的下一步工作将集中在通过分子优化和封装设计进一步提高可可碱衍生荧光粉的稳定性,旨在缩小或消除实验室研究与商业产品之间的差距。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(2)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Naturally Derived Organic Dyes for LED Lightings of High Color Rendering and Fidelity Index
  • DOI:
    10.1002/adsu.202000300
  • 发表时间:
    2021-06-09
  • 期刊:
  • 影响因子:
    7.1
  • 作者:
    Huang, Yunping;Cohen, Theodore A.;Luscombe, Christine K.
  • 通讯作者:
    Luscombe, Christine K.
Green syntheses of stable and efficient organic dyes for organic hybrid light-emitting diodes
  • DOI:
    10.1039/d1tc01567b
  • 发表时间:
    2021-05-13
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.4
  • 作者:
    Huang, Yunping;Cohen, Theodore A.;Luscombe, Christine K.
  • 通讯作者:
    Luscombe, Christine K.
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知道了