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    \\\"利用無機鑭系稀土納米晶表面耦合效應實現有機光電功能分子的激發態調控過程示意圖\\\"
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    利用無機鑭系稀土納米晶表面耦合效應實現有機光電功能分子的激發態調控過程示意圖

    在國家自然科學基金項目(批準號:T2122003、52173290)等資助下,浙江大學鄧人仁研究員課題組與南京工業大學安眾福教授團隊合作,利用有機分子與無機稀土納米晶耦合的材料設計策略開發了一類全新的分子光電功能材料并獲得了優異的發光性能。

    有機光電功能材料具備優異光電轉換能力和光活性特征,是實現有機發光、光電轉換和分子傳感應用的關鍵基礎材料。在有機光電功能材料的設計中,通過在分子結構中引入金屬等重原子可以有效改善分子的電子轉移和系間竄躍特性,擴展有機發色團的光電性能。然而,要實現金屬與有機分子的有效結合,通常需要對有機分子的結構進行重新設計,引入能夠和金屬離子絡合的配位官能團。而要使金屬離子與有機配體形成穩定配位結構,需要考慮配體給體基團的性質、配位齒數目、配位點之間的連接基團、配位點之間的距離以及配體異構等諸多復雜因素。這很大程度上限制了可用于金屬離子復合的有機光電分子的結構和種類,嚴重阻礙了金屬-有機復合光功能材料的發展。

    該項工作利用有機分子與無機納米晶耦合的策略來克服了這種選擇限制。通過將無機稀土納米晶與有機分子復合,實現了一系列咔唑基衍生物單線態激發態向分子電荷轉移態發光的高效轉變,證實稀土納米晶可以引入電子相互作用。當無機稀土納米晶與有機分子雜化后,納米晶表面的金屬離子可能與有機分子產生強烈的電子相互作用,類似于自旋軌道耦合效應,促進有機分子發生電子轉移并誘導其產生電荷轉移態。選取有機分子OCzT作為典型研究對象,利用OCzT與NaGdF4耦合前后吸收光譜、發射光譜以及壽命變化等光學表征方法,證明NaGdF4具備誘導有機分子電荷轉移態的能力。通過調控有機分子與稀土離子之間的距離,驗證了有機分子/稀土納米晶的電子相互耦合作用在短程有效。這種耦合策略不需要共價配位或分子結構工程,因此在實現高效可控的新型有機-無機雜化材料開發方面具有巨大潛力。經驗證該方法同時也適用于另外四種含咔唑功能基團的有機分子,與NaGdF4納米晶雜化后均能產生相互作用,并呈現紅移發光峰。

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