金属团簇发光类型调控

发布者:信息管理员发布时间:2022-06-17浏览次数:10

你是否还记得儿时的夜晚,自己活跃于田间树林中,化身为一名“追光者”只为捉到一只萤火虫?你也是否记得在观看《西游记》时,幻想同样拥有一颗闪闪发亮的夜明珠?我们是否思考过另外一些问题:萤火虫或者夜明珠为什么会发光?把发光的萤火虫或者夜明珠捧在手心时,为什么感觉不到它们的温度?事实上,这些发光和燃烧的火焰所发出的光并不一样,我们把萤火虫或夜明珠所发出的光叫做冷光。

光致发光是物质冷发光的一种形式,特指物质吸收光子后重新辐射出光子的过程。从量子力学理论出发,光致发光过程可描述为分子内的电子吸收光能量跃迁到更高能级的激发态后返回低能态,同时放出光子的过程。光致发光可按光子回迁途径和延迟时间分为荧光和磷光。由于荧光和磷光在我们的生活中有着不同的应用,定向调控物质发光属性一直是材料光学研究领域的热点。

金属团簇材料由于其离散的电子能级和量子尺寸效应,体现出与结构相关的独特性质,特别是光物理性质,因而在传感和生物成像等领域均具有广泛的应用前景。然而,在团簇结构模板不变的前提下,这类材料的发光类型往往固定为荧光或是磷光,不可调谐。发展具有可调谐发光类型的团簇模板,可为理解金属纳米颗粒的发光起源和定向制备发光簇合物材料提供依据,但这在团簇科学领域一直是一个难题。

近日,我院朱满洲/康熙研究团队与湘潭大学的裴勇教授展开合作,通过控制团簇内核的金属组成实现团簇材料的发光类型调控,并在原子级别上探究了团簇荧光和磷光的机理。在此工作中,研究人员控制合成了两个结构相关的团簇:具有金银合金内核的Au5Ag11(SR)8(DPPOE)2团簇和具有铂银合金内核的Pt1Ag16(SR)8(DPPOE)2团簇。值得注意的是,这两个团簇除内核金属组成不同之外,外围结构十分类似。实验结果表明,Au5Ag11为荧光发射,而Pt1Ag16的发光类型为磷光(图1)。通过实验和理论相结合,研究人员在原子级别上探究了该模板下的团簇光致发光机理,表明这两个团簇不同的发光类型来源于二者不同的内核金属结构,从而导致二者的电子隙间穿越能量和途径展现出明显差异。该工作为理解团簇材料的光致发光起源提供了一个原子级别精确的模板,为定向制备簇合物发光材料提供实验和理论依据。


图1. 荧光Au5Ag11和磷光Pt1Ag16团簇的光致发光机理

该工作近期以“Fluorescence or Phosphorescence? The Metallic Composition of Nanocluster Kernel Does Matter”为题在化学领域国际顶级期刊《Angewandte Chemie International Edition》上在线发表。我院2019级硕士研究生朱晨、物质科学与信息技术研究院2020级硕士研究生辛俊生和湘潭大学博士研究生李静为论文共同第一作者,我院朱满洲教授、康熙博士和湘潭大学裴勇教授为论文共同通讯作者,安徽大学为第一通讯单位。研究工作得到了国家自然科学基金(21631001, 21871001, 22101001, 91961121)和安徽省高校协同创新计划项目(GXXT-2020-053)的支持。

文章链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202205947