長春光機所研製出橙紅光波段最高螢光量子效率的碳納米點

2020-11-24 中國科學院

　　近日，中國科學院長春光學精密機械與物理研究所研究員曲松楠課題組研製出橙紅光波段螢光量子效率高達46%的碳納米點，為國際上最高值。該成果發表在國際期刊《先進材料》上（Adv. Mater.，2016，DOI:10.1002/adma.201504891）。

　　發光碳納米點是近十年興起的新型納米發光材料，其無毒、發光性能好、生物相容性好、原料廣泛等優點，引起國際上廣泛的關注。該領域發展面臨的瓶頸是缺少調控碳納米點發光帶隙的手段和增強其螢光量子效率的方法。目前，碳納米點在藍光和綠光波段已實現較為高效的發光，但在可見區長波長波段，特別是橙光到紅光波段，缺少高效率發光的碳納米點。目前，國際上報導的碳納米點在橙光到紅光波段的最高螢光量子效率為24%。

　　長春光機所曲松楠課題組自2012年以來主要開展碳納米點帶隙可調控的高效發光和雷射工作。研製出在綠光波段高效本徵發光的碳納米點（Angew. Chem. Int. Ed.，2012，51，12215），率先實現碳納米點在綠光波段的光泵雷射（Adv. Funct. Mater.，2014，24，18），成功研製出具有噴水螢光列印功能的超碳納米點（Adv. Mater.，2015，27，1389，）等一系列原創性工作。該課題組在前期工作的基礎之上，進一步發展了調控碳納米點發光帶隙的方法，通過調控尿素和檸檬酸組裝體的縮聚程度，以DMF為溶劑的溶劑熱反應，使碳納米點的吸收譜帶拓展到綠光波段，通過進一步的金屬陽離子鈍化表面缺陷態處理，實現碳納米點在橙紅光波段螢光量子效率高達46%的螢光發射。以該碳納米點與澱粉複合，研製出基於碳納米點的橙紅光螢光粉，並以此實現基於碳納米點的暖白光LED照明器件（圖2）。該工作突破了碳納米點在可見區長波長波段難於實現高效發光的難題，將推動碳納米點在生物醫療及光電器件領域中的應用。

　　曲松楠課題組在發光碳納米點領域的研究獲得中科院卓越青年科學家項目、吉林省中青年科技創新領軍人才及團隊項目和發光學及應用國家重點實驗室重大創新項目等的支持。

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圖1.橙紅光碳納米點的原子力圖（a），透射電鏡圖（b），高分辨透射電鏡圖（c）和共聚焦圖（d）。

 

    圖2.碳納米點@澱粉複合螢光粉在螢光顯微鏡下的螢光照片（a）和在紫外燈下的照片(b)；以碳納米點@澱粉複合螢光粉製備的暖白光LED器件的照片（c），在工作狀態下的發光照片（d），工作下的發光光譜（e）和色坐標圖（f）。

 

圖3.橙紅光碳納米點的結構示意圖

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