Группа исследователей из Университета Тохоку, Токийского университета науки и Института молекулярных наук выяснила, как точное добавление одного атома серебра (Ag) может кардинально изменить светоизлучающие свойства нанокластеров серебра (NCs) с высоким ядерным содержанием.
Основные результаты исследования
В работе сообщается о значительном увеличении фотолюминесценции (PL) в 77 раз по показателю квантового выхода (QY) при комнатной температуре. Это достижение открывает новые возможности для практического применения в оптоэлектронике и сенсорных технологиях.
Публикация результатов
Результаты исследования опубликованы в Journal of the American Chemical Society (DOI: [10.1021/jacs.5c10289](https://doi.org/10.1021/jacs.5c10289)).
Квантовый выход фотолюминесценции
Квантовый выход фотолюминесценции (QY) — важный показатель, используемый для оценки эффективности фотолюминесценции, то есть насколько хорошо материал может поглощать энергию и преобразовывать её в свет. Повышение PLQY положительно влияет на такие технологии, как OLED в экранах телевизоров.
Однако выбор материалов с высоким PLQY сам по себе недостаточен. Например, нанокластеры серебра (Ag NCs) изначально имеют низкую эффективность фотолюминесценции, что долгое время ограничивало их практическое применение. Однако их уникальные оптические свойства открывают большие перспективы.
Исследование взаимосвязи структуры и свойств
Для более детального изучения взаимосвязи структуры и свойств команда синтезировала и сравнила два тесно связанных анионных шаблона Ag NCs:
- [SO₄@Ag₇₈S₁₅(CpS)₂₇(CF₃COO)₁₈]⁺: Ag₇₈ NC (CpS: циклопентантиолат);
- [SO₄@Ag₇₉S₁₅(iPrS)₂₈(iPrSO₃)₁₅(CF₃COO)₄]: Ag₇₉ NC (iPrS: изо-пропиловый тиолат).
Оба нанокластера имеют общий структурный каркас, ключевым отличием является наличие одного дополнительного атома серебра в самой внешней оболочке Ag₇₉ NC.
Это добавление было достигнуто путём тонких модификаций поверхностно-защитных лигандов, особенно группы iPrSO₃⁻, которая создала полость в каркасе NC, что позволило включить дополнительный атом. Хотя основные структуры остались в основном неизменными, модификация оболочки оказала глубокое влияние.
В Ag₇₉ NC добавленный атом серебра увеличил скорость излучательного распада и сделал кластер более жёстким. Жёсткость эффективно подавляет безызлучательные пути распада, которые обычно снижают эффективность люминесценции.
Сочетание этих факторов — усиленный излучательный распад за счёт снижения симметрии и снижение безызлучательных потерь из-за структурной жёсткости — позволило Ag₇₉ NC продемонстрировать значительное улучшение квантового выхода фотолюминесценции в 77 раз по сравнению с Ag₇₈ NC при комнатной температуре.
«Это первое явное доказательство того, что включение всего одного дополнительного атома серебра, управляемое дизайном лигандов, может кардинально повысить производительность», — объяснил профессор Негиши. «Наши результаты открывают путь к рациональному проектированию эффективных светоизлучающих нанокластеров посредством структурных модификаций на атомном уровне».
Благодаря этому новому достижению исследователи ожидают новых возможностей для использования серебряных нанокластеров в высокоэффективных светоизлучающих устройствах, биовизуализации и каталитических системах, где важна эффективная люминесценция при комнатной температуре.
Предоставлено Университетом Тохоку.