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近日，中科院大連化物所光電材料動(dòng)力學(xué)研究組 (1121組) 吳凱豐研究員與杜駿副研究員團(tuán)隊(duì)在量子點(diǎn)—有機(jī)分子能量傳遞機(jī)制與應(yīng)用的研究中取得新進(jìn)展，采用低毒性的CuInSe2量子點(diǎn)結(jié)合并四苯分子，實(shí)現(xiàn)了該類雜化體系在近紅外波段的熱延遲發(fā)光。
研究團(tuán)隊(duì)前期對(duì)量子點(diǎn)—有機(jī)分子的三線態(tài)能量轉(zhuǎn)移（TET）機(jī)制研究表明，通過提升量子點(diǎn)與分子間的波函數(shù)交疊，在較低能量轉(zhuǎn)移驅(qū)動(dòng)力的條件下，仍可獲得較高的TET效率。根據(jù)化學(xué)熱力學(xué)平衡，在這種情況下，從分子三線態(tài)回到量子點(diǎn)激子態(tài)的吸熱反向傳能（rTET）速率也較快。當(dāng)rTET速率遠(yuǎn)大于三線態(tài)本身衰減速率時(shí)，大多數(shù)三線態(tài)都會(huì)重新回到量子點(diǎn)激子態(tài)輻射出延遲發(fā)光（TADPL），原理上類似于有機(jī)分子中的熱活化延遲熒光現(xiàn)象（TADF）。團(tuán)隊(duì)前期也觀測(cè)到可見波段的TADPL（ACS Energy Lett.，2021），并揭示了其熵調(diào)控機(jī)制（JPCL，2021）。
近紅外光在生物成像、光纖通訊、國(guó)防安全等諸多領(lǐng)域具有重要意義?；诹孔狱c(diǎn)—有機(jī)分子雜化體系的近紅外TADPL迄今未見報(bào)道，其根本難點(diǎn)在于有機(jī)分子的能隙定則：能量越低的激發(fā)態(tài)，其非輻射衰減速率一般越快。這就要求rTET的速率足夠快，才能與之有效競(jìng)爭(zhēng)。針對(duì)該難題，團(tuán)隊(duì)通過同時(shí)優(yōu)化量子點(diǎn)和三線態(tài)受體分子的手段，采用低毒CuInSe2-并四苯的體系，觀測(cè)到近紅外波段（約900nm）的TADPL。研究發(fā)現(xiàn)，在室溫下TADPL壽命達(dá)到60微秒，相比于CuInSe2量子點(diǎn)激子態(tài)的壽命提升了3個(gè)數(shù)量級(jí)。得益于量子點(diǎn)本身高達(dá)40%的發(fā)光效率，TADPL的量子效率可達(dá)9%。這些參數(shù)可媲美可見光波段的TADPL體系。得益于CuInSe2量子點(diǎn)無重金屬的優(yōu)勢(shì)，該體系相比傳統(tǒng)的鉛基近紅外量子點(diǎn)可能具有更好的應(yīng)用前景。
吳凱豐團(tuán)隊(duì)近年來致力于量子點(diǎn)與有機(jī)分子間的電荷/能量轉(zhuǎn)移動(dòng)力學(xué)研究：揭示了量子點(diǎn)與有機(jī)分子電荷轉(zhuǎn)移中的累積電荷效應(yīng)（JACS，2018；JACS，2018），并在單電荷轉(zhuǎn)移體系中觀測(cè)到Marcus反轉(zhuǎn)區(qū)間（Nat. Commun.，2021）；揭示了量子點(diǎn)尺寸和分子構(gòu)型對(duì)三線態(tài)傳能的影響及其物理機(jī)制（JACS，2019；Angew，2020）；建立了電荷轉(zhuǎn)移介導(dǎo)三線態(tài)傳能的各類新機(jī)制（Nat. Commun.，2020；JACS，2020；Nat. Commun.，2021），并闡明了電子自旋在其中起到的關(guān)鍵角色（JACS，2020；Chem，2022）；面向?qū)嶋H應(yīng)用開發(fā)了低毒性的CuInS2、InP和ZnSe等量子點(diǎn)作為各波段的三線態(tài)敏化劑（JACS，2019；JACS，2020；ACS Energy Lett.，2022）；探索了這些電荷/能量轉(zhuǎn)移機(jī)制在光催化合成中的新型應(yīng)用（Chem，2021；Angew，2022；Angew，2022）。
上述最新工作以“Thermally Activated Delayed Near-Infrared Photoluminescence from Functionalized Lead-Free Nanocrystals”為題，發(fā)表在《德國(guó)應(yīng)用化學(xué)》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，并被選為VIP（Very Important Paper）文章。該工作的第一作者是我所1121組博士后何山。該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中科院穩(wěn)定支持基礎(chǔ)研究領(lǐng)域青年團(tuán)隊(duì)計(jì)劃等項(xiàng)目的資助。（文/圖 何山、杜駿）
文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202217287
