江蘇雷射聯盟導讀：來自加利福利亞大學和德克薩斯大學奧斯汀分校的研究人員為大家展示了使用無毒性的矽納米晶體來將低能的光子轉換成高能的光子。使用的無毒性的材料用於光子的上轉換可以有助於我們發展先進的用於癌症的光動力治療的先進技術。
紫外光可以形成自由基，這一自由基可以攻克癌症的組織。然而，這一自由基並不能穿透到組織的深度區域以產生接近癌症區域的治療性的自由基。近後外的光，與之相反，可以穿透進入到組織的深度區域中，但紅外光的能量往往不是足夠的高以至於不能產生足夠的自由基，而光子上轉換技術則可以提供並發揮處紫外和紅外光的優勢，直到今天，可以實現上轉換的不連貫的長波長光轉換成可見光的範圍往往含有毒性的元素成分，從而阻礙了這類材料在生物和環境敏感場合的應用。矽基材料是無毒性的，但在以前，還從來沒有人將其作為上轉換材料。
綠色的低能雷射穿過矽基量子點，量子點重新發射，或上轉換 ，低能光進入一個高能的藍色光的狀態
來自加利福利亞大學Riverside分校的研究團隊的博士研究生Pan Xia發表了他們採用三重態接受蒽配體（ triplet-accepting anthracene ligands）挑戰的化學功能化的無毒性矽基納米晶，我們採用蒽（一種炭氫化合物）來功能化矽基納米晶，Xia說到，然後我們激發矽基納米晶，並發現能量足夠的時候從納米晶進行轉移，從蒽分子中穿過直達溶液中的二苯蒽。這意味著我們可以得到較高能量的光。
研究小組研究了矽基納米晶的表面化學和研究了如何連接配體，這可以幫助將分子鍵合在一起，從而實現直達納米粒子的設計，到從納米晶中轉換能量，直到環境周圍的分子中。當研究人員利用光照射納米晶的時候，他們發現具有適宜的表面配體的晶體可以快速的將能量轉換至周圍分子的三重態。通過一個稱之為三重態——三重態融合的工藝，一個低能的狀態就會轉換成一個高能的狀態，導致一個短波長的光子的發射。
通過在等離子體工藝中的矽烷來形成矽基納米晶
為了將低能光子轉換成高能光子，你需要使用三重態，你需要使用量子約束的納米粒子，並且你需要保持住納米粒子，以及有機分子的非常接近，Ming Lee Tang教授說到，這就是你如何得到三重態來結合能量來獲得高能態的光子的方法。
Lorenzo Mangolini 教授說，加利福利亞大學Riverside分校的研究小組是首次找到了一個得到這一結構的兩個部分——即有機分子和量子約束的矽基納米晶——來同時工作。
超快雷射用來研究這一複合結構中的能量是如何轉移的。來自德克薩斯大學奧斯汀分校的Sean Roberts教授說，這一工藝過程是非常快和有效的。其挑戰在於這些有機材料和矽中得到激發態的電子的配對，Robert說，它不能通過僅僅在一個材料上沉積另外一種材料來實現。它需要在矽基材料之間構建一個新的界面，並且這一材料可以允許他們進行電子通訊。
矽—分子 德克斯特能量轉移驅動光子的上轉換
研究團隊展示了自旋三重態激子自矽到分子三重態受體可以促進新的技術應用於太能電池的轉換，量子信息以及近紅外驅動的光催化（作用），此外，還為開發新的微創光動力療法治療癌症的方法開闢了一個新的道路。
這一研究成果以論文題目「Achieving spin-triplet exciton transfer between silicon and molecular acceptors for photon upconversion」發表在期刊《 Nature Chemistry》上。
文章來源：Xia, P., Raulerson, E.K., Coleman, D. et al. Achieving spin-triplet exciton transfer between silicon and molecular acceptors for photon upconversion. Nat. Chem. 12, 137–144 (2020).