華南農(nóng)業(yè)大學(xué)材料與能源學(xué)院生物基材料與能源教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、廣東省光學(xué)農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心教授劉應(yīng)亮團(tuán)隊(duì)在多色聚集誘導(dǎo)發(fā)射的碳點(diǎn)材料研究中取得重要進(jìn)展。相關(guān)研究近日發(fā)表于《先進(jìn)材料》。
熒光碳點(diǎn)（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(jiǎn)易、光學(xué)和表面性質(zhì)可調(diào)、生物相容性優(yōu)異等優(yōu)良特性，廣泛應(yīng)用于生物傳感器、生物成像、藥物輸送、發(fā)光器件和光催化領(lǐng)域。然而，共振能量轉(zhuǎn)移或π-π堆疊引起的發(fā)光效率驟降甚至熒光猝滅阻礙了碳點(diǎn)在固態(tài)發(fā)光領(lǐng)域的應(yīng)用。
早在2019年，劉應(yīng)亮團(tuán)隊(duì)首次提出了基于表面基團(tuán)的聚集誘導(dǎo)發(fā)光效應(yīng)構(gòu)筑紅色固態(tài)碳點(diǎn)（AIE-CDs）的策略，為解決碳點(diǎn)的自猝滅問(wèn)題提供了一種新思路。然而，目前對(duì)于這一類碳點(diǎn)的發(fā)光機(jī)理的研究仍然不夠深入，如何調(diào)控這類碳點(diǎn)的結(jié)構(gòu)以獲得不同發(fā)光顏色的固態(tài)發(fā)光材料對(duì)于拓展其應(yīng)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(shù)的小分子胺為前驅(qū)體，制備了不同發(fā)光顏色的AIE-CDs。這些AIE-CDs具有藍(lán)光（Em-1: 480nm）和紅光（Em-2: 近600nm）的雙發(fā)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(jié)構(gòu)有關(guān)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，由氮含量較高的前驅(qū)體制備的CDs具有更強(qiáng)的紅光發(fā)射和紅移現(xiàn)象。
研究人員驗(yàn)證了Em-1和Em-2分別是由具有S-S鍵結(jié)構(gòu)和連接到C=O/C=N帶的共軛結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的熒光發(fā)光中心引起的，通過(guò)一系列對(duì)比實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了增加氮含量會(huì)誘導(dǎo)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(tuán)產(chǎn)生推拉電子，決定了分子內(nèi)電荷轉(zhuǎn)移(ICT)之間的雙發(fā)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?yōu)榧t色。隨著ICT效率的提高，熒光量子產(chǎn)率提高近5倍，熒光峰發(fā)生紅移。
在此基礎(chǔ)上，研究人員利用AIE-CDs制備了顯色指數(shù)為88的白光LED器件。此外，該碳點(diǎn)在多模式信息加密、指紋識(shí)別、植物葉片保護(hù)等領(lǐng)域也具有潛在的應(yīng)用價(jià)值。
該研究對(duì)明確碳點(diǎn)結(jié)構(gòu)、補(bǔ)充和完善碳點(diǎn)發(fā)光機(jī)理、擴(kuò)展碳點(diǎn)應(yīng)用等方面具有重要的意義。
