Pesquisadores alcançam rendimento quântico de fotoluminescência de 99% em nanoaglomerados metálicos

Estruturas moleculares de Au₂₂ e Au₁₆ Cu₆ e anatomia estrutural de Au₁₆ Cu₆ . Crédito:Equipe do Prof. Zhou

Uma equipe de pesquisa alcançou rendimento quântico de fotoluminescência em temperatura ambiente próxima da unidade (PLQY) (> 99%) na emissão de infravermelho próximo (NIR) de nanoaglomerados de metal em solução. Seu trabalho foi publicado na Science .

Nanoaglomerados de ouro (Au NCs) como materiais emissores de NIR têm potencial em aplicações biomédicas. No entanto, o PLQY de Au NCs na região NIR é tipicamente baixo, muitas vezes inferior a 10%. Para resolver este problema, os pesquisadores sintetizaram Au₂₂ (^t BuPhC≡C)₁₈ (Au₂₂ ) e sua contraparte dopada com cobre, Au₁₆ Cu₆ (^t BuPhC≡C)₁₈ (Au₁₆ Cu₆ ), para estudar suas propriedades fotofísicas.

A análise de difração de raios X de cristal único revelou que Au₂₂ e Au₁₆ Cu₆ compartilham estruturas semelhantes. Au₂₂ mostrou um pico de emissão em 690 nm e Au₁₆ Cu₆ em 720nm. O PLQY absoluto de Au₂₂ e Au₁₆ Cu₆ no ar foram de 9% e 95%, respectivamente.

Na solução desaerada, o PLQY de Au₁₆ Cu₆ atingiu 100%, medido pelos métodos absoluto e relativo. A contagem de fótons únicos correlacionada com o tempo mediu a vida útil da fotoluminescência de Au₂₂ e Au₁₆ Cu₆ ser 485 ns e 1,64 μs, respectivamente.

Uma investigação mais aprofundada da dinâmica do estado excitado dos NCs através da espectroscopia de absorção transiente revelou que os estados luminescentes de ambos os NCs originaram-se do estado tripleto (T₁ ), com processos dinâmicos distintos observados na espectroscopia de absorção transitória de femtossegundos. Sob excitação de 380 nm, Au₂₂ mostrou um aumento lento de 148 ps, enquanto Au₁₆ Cu₆ mostrou um relaxamento rápido de 0,5 ps.

Experimentos de sensibilização tripla confirmaram que esses processos são atribuídos ao cruzamento intersistema ultrarrápido (ISC) do estado singleto (S₁ ) para T₁ . Devido ao doping com cobre, Au₁₆ Cu₆ tem um ∆E_st menor , acelerando significativamente sua taxa de ISC. Como resultado, Au₁₆ Cu₆ em última análise, apresenta PLQY próximo de 100%.

A abordagem para alcançar PLQY quase unitário poderia permitir o desenvolvimento de materiais de aglomerados metálicos altamente emissivos. Especificamente, este trabalho demonstra que PLQY quase unitário pode ser alcançado com uma liga de nanopartículas de ouro-cobre, mesmo em solução à temperatura ambiente, o que permitirá aplicações que vão desde imagens biológicas até dispositivos luminescentes.

A equipe de pesquisa incluiu o grupo do Prof. Zhou Meng da Universidade de Ciência e Tecnologia da China da Academia Chinesa de Ciências (CAS), colaborando com a equipe do Prof.

Mais informações: Wan-Qi Shi et al, rendimento quântico fosforescente NIR próximo da unidade de um nanoaglomerado de metal solvatado à temperatura ambiente, Science (2024). DOI:10.1126/science.adk6628
Informações do diário: Ciência

Fornecido pela Universidade de Ciência e Tecnologia da China

Novas nanossondas desenvolvidas para monitorar bioprocessos programados relacionados à morte celular

Pesquisadores desenvolvem nova camada sacrificial supertetragonal para membranas de óxido independentes

Nanotecnologia