近日，中国科学院大连化学物理研究所光电材料动力学研究组研究员吴凯丰与杜骏副研究员团队在量子点—有机分子能量传递机制与应用的研究中取得新进展，采用低毒性的CuInSe2量子点结合并四苯分子，实现了该类杂化体系在近红外波段的热延迟发光。
大连化物所实现量子点—分子杂化体系的近红外热延迟发光
研究团队前期对量子点—有机分子的三线态能量转移（TET）机制研究表明，通过提升量子点与分子间的波函数交叠，在较低能量转移驱动力的条件下，仍可获得较高的TET效率。根据化学热力学平衡，在这种情况下，从分子三线态回到量子点激子态的吸热反向传能（rTET）速率也较快。当rTET速率远大于三线态本身衰减速率时，大多数三线态都会重新回到量子点激子态辐射出延迟发光（TADPL），原理上类似于有机分子中的热活化延迟荧光现象（TADF）。团队前期也观测到可见波段的TADPL（ACS Energy Lett.，2021），并揭示了其熵调控机制（JPCL，2021）。
近红外光在生物成像、光纤通讯、国防安全等诸多领域具有重要意义。基于量子点—有机分子杂化体系的近红外TADPL迄今未见报道，其根本难点在于有机分子的能隙定则：能量越低的激发态，其非辐射衰减速率一般越快。这就要求rTET的速率足够快，才能与之有效竞争。针对该难题，团队通过同时优化量子点和三线态受体分子的手段，采用低毒CuInSe2-并四苯的体系，观测到近红外波段（约900nm）的TADPL。研究发现，在室温下TADPL寿命达到60微秒，相比于CuInSe2量子点激子态的寿命提升了3个数量级。得益于量子点本身高达40%的发光效率，TADPL的量子效率可达9%。这些参数可媲美可见光波段的TADPL体系。得益于CuInSe2量子点无重金属的优势，该体系相比传统的铅基近红外量子点可能具有更好的应用前景。
吴凯丰团队近年来致力于量子点与有机分子间的电荷/能量转移动力学研究：揭示了量子点与有机分子电荷转移中的累积电荷效应（JACS，2018；JACS，2018），并在单电荷转移体系中观测到Marcus反转区间（Nat. Commun.，2021）；揭示了量子点尺寸和分子构型对三线态传能的影响及其物理机制（JACS，2019；Angew，2020）；建立了电荷转移介导三线态传能的各类新机制（Nat. Commun.，2020；JACS，2020；Nat. Commun.，2021），并阐明了电子自旋在其中起到的关键角色（JACS，2020；Chem，2022）；面向实际应用开发了低毒性的CuInS2、InP和ZnSe等量子点作为各波段的三线态敏化剂（JACS，2019；JACS，2020；ACS Energy Lett.，2022）；探索了这些电荷/能量转移机制在光催化合成中的新型应用（Chem，2021；Angew，2022；Angew，2022）。
上述最新工作以“Thermally Activated Delayed Near-Infrared Photoluminescence from Functionalized Lead-Free Nanocrystals”为题，发表在《德国应用化学》（Angew. Chem. Int. Ed.）上，并被选为VIP（Very Important Paper）文章。该工作的第一作者是博士后何山。该工作得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、中科院稳定支持基础研究领域青年团队计划等项目的资助。
文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202217287
