納米科學:調整螢光碳管的波長!

納米科學：調整螢光碳管的波長！

碳不僅是生命中最重要的元素，它還具有自身的迷人特性。石墨烯 - 一種原子厚度的純碳片 - 是最強的材料之一。將石墨烯轉化為圓柱體，您將獲得碳納米管（CNT），這是許多新興技術的關鍵。

現在，在化學通訊報導的一項研究中，日本九州大學的研究人員學會了控制碳納米管的螢光，可能允許新的應用。

CNT是天然螢光的 - 當置於光下時，它們通過釋放它們自己的光來響應，這一過程稱為光致發光。螢光的波長（顏色）取決於管的結構，例如它們被捲起的角度。已經研究了螢光CNT用於LED照明和醫學成像。

九州團隊的目標是更好地控制發射波長。「當電子利用光能射入原子周圍的更高軌道時，會發生螢光，」主要作者解釋道。「它們沉入較低的軌道，然後以光的形式釋放出多餘的能量。發射光的波長與輸入光不同，這取決於發射軌道的能量。」雖然螢光通常與黃色材料相關，但這些CNT的螢光是紅外線，這對於眼睛是不可見的，但可以通過傳感器檢測到。

研究人員使用化學方法將有機分子 -碳原子的六邊形 - 束縛在碳納米管上。這會使軌道向上或向下推動，從而調整螢光。每個六邊形中的六個原子之一與CNT結合，將分子錨定在管上。另一種與另外一組原子（取代基）鍵合。由於六邊形形狀，兩個鍵合的碳可以相鄰（表示為「o」），或者由一個碳（「m」）或兩個（「p」）分開。大多數研究使用「p」排列，其中取代基指向遠離CNT，但九州團隊比較所有三個。

「o」圖案產生與「m」和「p」非常不同的螢光 - 而不是一個紅外波長，CNT現在發射兩個。這是由於取代基使管子變形而擠壓在管壁上。同時，對於「m」和「p」排列，能量取決於取代基中的哪些元素。例如，NO2在軌道之間產生比溴更大的間隙。這並不奇怪，因為NO2更能吸引電子，產生電場（偶極子）。但是，效果的大小在「m」和「p」之間不同。

作者說：「不同取代基的軌道能量的變化使我們可以在很寬的範圍內精確控制碳納米管的發射波長。」「最重要的結果是了解偶極子如何影響螢光，因此我們可以合理地設計生物醫學設備所需的非常精確波長的碳納米管。這對於不久的將來生物成像的發展非常重要。」

文章「在局部功能化單壁碳納米管中使用芳基異構體通過缺陷位點設計進行近紅外光致發光調製」發表在Chemical Communications上。