第一作者：Kouong>shik Mindal
通訊作者：Pathik Kumbhakar
通訊單位：杜爾加布爾國家技術(shù)研究所物理系納米科學實驗室
研究內(nèi)容：
本文報道了N, N二甲基甲酰胺(DMF)穩(wěn)定的Au納米團簇(AuNC)體系的光致發(fā)光量子產(chǎn)率(PLQY)從12.5到51%的聚集誘導增強(AIE)。通過氫鍵相互作用實現(xiàn)AuNC的自組裝，進而設(shè)計了AuNC_DCM系統(tǒng)，實現(xiàn)了基于F?rster共振能量轉(zhuǎn)移(FRET)的白光LED (WLED)， CIE坐標為(0.35,0.29)。采用的溶液加工制造策略，使我們可以自由地優(yōu)化其組件，以獲得最佳的全光譜光輸出。通過在AuNC_DCM系統(tǒng)中加入綠色發(fā)射體即氮摻雜石墨烯量子點(NGQD)，設(shè)計的WLED的CIE坐標進一步提高到(0.33,0.32)，顯色指數(shù)為93，相關(guān)色溫為5620 K。所設(shè)計的WLED的優(yōu)良光譜質(zhì)量和所提出的制造方法的可重復性將使開發(fā)的AuNCs_DCM FRET共軛在實際光子應用中發(fā)揮作用。
要點一：
本文報道了有機溶劑N,N-二甲基甲酰胺(DMF)穩(wěn)定的AuNCs中PLQY的自組裝或聚集誘導增強從12.5%到51%。實驗表明，這種自聚集是由覆蓋單個AuNCs的穩(wěn)定劑之間的氫鍵相互作用觸發(fā)的。自組裝或聚集的AuNCs (α-AuNCs)具有較高的PLQY和載流子壽命，用于與激光染料4(二氰亞甲基)-2-甲基-6-(4-二甲氨基苯乙烯)- 4hpyran (DCM)一起產(chǎn)生FRET基白光。通過引入綠色氮摻雜石墨烯量子點與基于FRET的α-AuNCs和DCM發(fā)光二極體，進一步改善了白光的色質(zhì)。然后，采用溶液處理和無稀土工藝制備CIE坐標為(0.33,0.32)的WLED。此外，在可見光范圍內(nèi)，WLED的發(fā)射光譜覆蓋了近70%的AM 1.5太陽光譜，這一結(jié)果表明了其在太陽能電池模擬器中的應用前景。基于FRET的WLED可進一步用于室內(nèi)照明和顯示應用，其顯色指數(shù)(CRI)為93，相關(guān)色溫(CCT)為5620 K。因此，該溶液加工的簡單工藝具有批到批的可重復性，可能使設(shè)計的WLED成為未來商業(yè)全光譜照明應用的潛在候選產(chǎn)品。
要點二：
對于離子態(tài)的NCs，它們可以通過金屬-金屬或親金屬相互作用組裝氫鍵相互作用，是金屬納米團簇自組裝的最有效和最高產(chǎn)的機制之一。它不僅使PL從材料中得到了AIE，而且使組裝的NCs具有了剛性和熱力學穩(wěn)定性。然而，對于組裝的貴金屬NCs，特別是AuNCs，其PL發(fā)射通常來源于三重態(tài)激發(fā)態(tài)，這大大提高了PL發(fā)射，并增加了載流子壽命。
文章示意圖
圖1： (a)合成后的AuNCs透射電鏡圖像。(b) 80天后不同放大倍數(shù)的α-AuNCs TEM圖像。(c) AuNCs隨老化的紫外-可見吸收光譜。(d) AuNCs在350 nm激發(fā)下的發(fā)光發(fā)射光譜。(e)第1天和(f)第80天，在365 nm紫外光照射下，AuNCs的圖像。(g)合成的AuNCs的UV - vis吸收、PL發(fā)射(λex, 350 nm)和PLE (λem, 413 nm)歸一化光譜及相關(guān)躍遷的示意圖。
圖2：(a)合成的AuNCs自組裝機理示意圖。(b)僅DMF、DMF + HAuCl4溶液和合成的AuNCs的紅外光譜。(c)包含峰A (1387 cm-1)、B (1089 cm-1)和c (658 cm-1)的區(qū)域放大圖。(d)合成的AuNCs溶液隨老化的紅外光譜。(e)圖d中2、3和4標記區(qū)域的放大圖。
圖3: (a) DCM和α-AuNCs的紫外可見吸收光譜和發(fā)光發(fā)射光譜(λex, 375 nm)。(b)加載不同濃度DCM的α-AuNCs的發(fā)光發(fā)射光譜(λex, 375 nm)。(c)在365 nm紫外光下，CIE坐標隨AuNCs-DCM溶液聚集的數(shù)字圖像變化。(d) α-AuNCs、DCM (30 mM)及其混合物的發(fā)光光譜(λex, 375 nm)。(e)發(fā)光衰減曲線(λex, 375 nm;λem, 430 nm)的α-AuNCs (時效60天)，與1,4和12 μM DCM混合前后。(f) ΦET隨施主與受主距離的變化(r)與eq 4的理論擬合。
圖4：(a)聚集的AuNCs、DCM、NGQD及其混合溶液的發(fā)光發(fā)射光譜(λex, 390 nm)。(b) (α-AuNCs + DCM)溶液(WLED 2)和(α-AuNCs + DCM + NGQD)溶液(WLED 1)制備的WLED的發(fā)射光譜。(d) WLED 1和2的CIE坐標。(e) (i)含有α-AuNCs、DCM和NGQD的PVA水凝膠在紫外光照射下的數(shù)字圖像。(ii) WLED 1在工作條件下的數(shù)字圖像。(f) AM 1.5太陽光譜和WLED 1的發(fā)射光譜。
圖5：在(a)溶液(λex, 350 nm)和(b)固態(tài)(λex, 390 nm)中，聚集的AuNCs的發(fā)光隨溫度變化而變化。(c) WLED 1在1天、半年和1年后的發(fā)射光譜。(d) WLED 1連續(xù)發(fā)光10 h的歸一化積分強度。(e) WLED 1制備多次(110次)后的發(fā)射光譜。(f) WLED 1在5 ~ 26 V不同偏置電壓下的發(fā)射光譜。
參考文獻
Mondal, K.; Pramanik, A.; Mondal, T.; Panja, S. S.; Sarkar, R.; Kumbhakar, P., Self-Assembly of Solvent-Stabilized Au Nanocluster as Efficient Forster Resonance Energy-Transfer Initiator for White Light Generation. J Phys Chem Lett 2022, 3079-3088.
