Un gruppo di ricerca ha ottenuto una resa quantica di fotoluminescenza a temperatura ambiente prossima all'unità (PLQY) (>99%) nell'emissione nel vicino infrarosso (NIR) di nanocluster metallici in soluzione. Il loro lavoro è pubblicato su Science .
I nanocluster d'oro (Au NC) come materiali che emettono NIR hanno potenziale nelle applicazioni biomediche. Tuttavia, il PLQY degli Au NC nella regione NIR è generalmente basso, spesso inferiore al 10%. Per risolvere questo problema, i ricercatori hanno sintetizzato Au22 ( t BuPhC≡C)18 (Au22 ) e la sua controparte drogata con rame, Au16 Cu6 ( t BuPhC≡C)18 (Au16 Cu6 ), per studiarne le proprietà fotofisiche.
L'analisi di diffrazione di raggi X su cristallo singolo ha rivelato che Au22 e Au16 Cu6 condividono strutture simili. Au22 ha mostrato un picco di emissione a 690 nm e Au16 Cu6 a 720 nm. Il PLQY assoluto di Au22 e Au16 Cu6 nell'aria erano rispettivamente del 9% e del 95%.
Nella soluzione deareata, il PLQY di Au16 Cu6 raggiunto il 100%, misurato sia con il metodo assoluto che relativo. Il conteggio di singoli fotoni correlato al tempo ha misurato la durata della fotoluminescenza di Au22 e Au16 Cu6 essere rispettivamente di 485 ns e 1,64 μs.
Ulteriori indagini sulla dinamica degli stati eccitati dei NC attraverso la spettroscopia di assorbimento transitorio hanno rivelato che gli stati luminescenti di entrambi i NC hanno avuto origine dallo stato di tripletto (T1 ), con processi dinamici distinti osservati nella spettroscopia di assorbimento transitorio al femtosecondo. Sotto l'eccitazione di 380 nm, Au22 ha mostrato un lento aumento di 148 ps, mentre Au16 Cu6 ha mostrato un rapido rilassamento di 0,5 ps.
Esperimenti di sensibilizzazione tripletta hanno confermato che questi processi sono attribuiti all'incrocio ultraveloce dell'intersistema (ISC) dallo stato di singoletto (S1 ) a T1 . A causa del drogaggio con rame, Au16 Cu6 ha un ∆Est più piccolo , accelerando significativamente il suo tasso ISC. Di conseguenza, Au16 Cu6 alla fine mostra PLQY vicino al 100%.
L'approccio per raggiungere un PLQY vicino all'unità potrebbe consentire lo sviluppo di materiali a grappolo metallico altamente emissivi. Nello specifico, questo lavoro dimostra che il PLQY vicino all'unità può essere ottenuto con una lega di nanocluster di oro-rame anche in soluzione a temperatura ambiente, il che consentirà applicazioni che vanno dall'imaging biologico ai dispositivi luminescenti.
Il gruppo di ricerca comprendeva il gruppo del Prof. Zhou Meng dell'Università di Scienza e Tecnologia della Cina dell'Accademia Cinese delle Scienze (CAS), in collaborazione con il team del Prof. Wang Quanming dell'Università di Tsinghua.
Ulteriori informazioni: Wan-Qi Shi et al, Resa quantistica fosforescente NIR quasi unitario da un nanocluster di metallo solvatato a temperatura ambiente, Scienza (2024). DOI:10.1126/science.adk6628
Informazioni sul giornale: Scienza
Fornito dall'Università della Scienza e della Tecnologia della Cina
