【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】中國科學技術大學教授周蒙課題組與清華大學教授王泉明團隊合作，在溶液中實現(xiàn)了金屬團簇>99%量子產(chǎn)率的近紅外發(fā)光，并揭示了其三重態(tài)發(fā)光機制，解決了這一方向的難題。1月19日，相關研究成果以Near-unity NIR phosphorescent quantum yield from a room-temperature solvated metal nanocluster為題，發(fā)表在《科學》（Science）上。

近紅外發(fā)射的金納米團簇在生物領域具有潛在的應用價值，但這些團簇的近紅外發(fā)光量子產(chǎn)率（PLQY）通常較低（<10%）。研究通過銅摻雜合成Au16Cu6團簇，發(fā)現(xiàn)其在室溫無氧溶液中表現(xiàn)出>99%的PLQY。近100%PLQY團簇的制備，有助于進一步開發(fā)高近紅外發(fā)光量子產(chǎn)率的金屬團簇。

該研究合成了Au22(tBuPhC≡C)18（Au22）及其銅摻雜對應團簇Au16Cu6(tBuPhC≡C)18（Au16Cu6），并探討了其光物理性質(zhì)。單晶X射線衍射結果分析表明，Au22和Au16Cu6具有相似的結構。研究對這兩個團簇進行基本的發(fā)光性質(zhì)表征發(fā)現(xiàn)，Au22的發(fā)光峰位于690nm，Au16Cu6的發(fā)光峰位于720nm。研究在空氣條件下利用絕對法測得Au22和Au16Cu6的PLQY分別為9%和95%，在無氧溶液中通過絕對法和相對法測得Au16Cu6的PLQY均達到100%。時間相關單光子計數(shù)測得Au22和Au16Cu6的發(fā)光壽命分別為485ns和1.64μs。

該工作通過瞬態(tài)吸收光譜進一步研究兩種團簇的激發(fā)態(tài)動力學，發(fā)現(xiàn)兩種團簇的發(fā)光態(tài)均來自于三重激發(fā)態(tài)（T1），并在飛秒瞬態(tài)吸收光譜中觀察到不同的動力學過程。在380nm激發(fā)下，Au22表現(xiàn)出148 ps的上升過程，而Au16Cu6表現(xiàn)出0.5ps的快速下降過程。研究通過三重態(tài)敏化實驗證明，這兩個過程可歸屬于S1→T1的系間竄躍（ISC）。銅摻雜使得Au16Cu6具有更小的?EST，顯著加快了其ISC的速率，因此Au16Cu6展現(xiàn)出接近100%的PLQY。

研究工作得到科學技術部、國家自然科學基金委員會和中國科學院的支持。