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    多色聚集誘導發光碳點材料研究獲進展
    2021-11-09 15:11
    來源:中國科學報
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      華南農業大學材料與能源學院生物基材料與能源教育部重點實驗室、廣東省光學農業工程技術研究中心教授劉應亮團隊在多色聚集誘導發射的碳點材料研究中取得重要進展。相關研究近日發表于《先進材料》。

      熒光碳點(CDs)是一類尺寸小于10 nm的類球形碳基納米材料,具有制備簡易、光學和表面性質可調、生物相容性優異等優良特性,廣泛應用于生物傳感器、生物成像、藥物輸送、發光器件和光催化領域。然而,共振能量轉移或π-π堆疊引起的發光效率驟降甚至熒光猝滅阻礙了碳點在固態發光領域的應用。

      早在2019年,劉應亮團隊首次提出了基于表面基團的聚集誘導發光效應構筑紅色固態碳點(AIE-CDs)的策略,為解決碳點的自猝滅問題提供了一種新思路。然而,目前對于這一類碳點的發光機理的研究仍然不夠深入,如何調控這類碳點的結構以獲得不同發光顏色的固態發光材料對于拓展其應用具有重要的意義。

      研究人員以二硫代水楊酸和不同氮原子數的小分子胺為前驅體,制備了不同發光顏色的AIE-CDs。這些AIE-CDs具有藍光(Em-1: 480nm)和紅光(Em-2: 近600nm)的雙發射中心,這分別與二硫代水楊酸的S-S鍵和C=O/C=N鍵上的共軛結構有關。經研究發現,由氮含量較高的前驅體制備的CDs具有更強的紅光發射和紅移現象。

      研究人員驗證了Em-1和Em-2分別是由具有S-S鍵結構和連接到C=O/C=N帶的共軛結構產生的熒光發光中心引起的,通過一系列對比實驗驗證了增加氮含量會誘導ICT從Em-1到Em-2變化。C=N含量的增加使得CDs表面的雙熒光基團產生推拉電子,決定了分子內電荷轉移(ICT)之間的雙發射。隨著C=N含量從35.6%增加到58.4%,ICT效率從8.71%增加到45.94%,CDs的熒光由綠色變為紅色。隨著ICT效率的提高,熒光量子產率提高近5倍,熒光峰發生紅移。

      在此基礎上,研究人員利用AIE-CDs制備了顯色指數為88的白光LED器件。此外,該碳點在多模式信息加密、指紋識別、植物葉片保護等領域也具有潛在的應用價值。

      該研究對明確碳點結構、補充和完善碳點發光機理、擴展碳點應用等方面具有重要的意義。(來源:中國科學報 朱漢斌)

     

     


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