Un equipo de investigación ha logrado un rendimiento cuántico de fotoluminiscencia (PLQY) a temperatura ambiente cercano a la unidad (>99%) en la emisión de infrarrojo cercano (NIR) de nanoclusters metálicos en solución. Su trabajo está publicado en Science .
Los nanoclusters de oro (Au NC) como materiales emisores de NIR tienen potencial en aplicaciones biomédicas. Sin embargo, el PLQY de las Au NC en la región NIR suele ser bajo, a menudo inferior al 10%. Para abordar este problema, los investigadores sintetizaron Au22 ( t BuPhC≡C)18 (Ago22 ) y su homólogo dopado con cobre, Au16 Cu6 ( t BuPhC≡C)18 (Au16 Cu6 ), para estudiar sus propiedades fotofísicas.
El análisis de difracción de rayos X monocristalino reveló que Au22 y Au16 Cu6 comparten estructuras similares. Agosto22 mostró un pico de emisión a 690 nm y Au16 Cu6 a 720 nm. El PLQY absoluto de Au22 y Au16 Cu6 en el aire fueron del 9 % y el 95 %, respectivamente.
En la solución desaireada, el PLQY de Au16 Cu6 alcanzó el 100%, medido tanto por el método absoluto como por el relativo. El recuento de fotones individuales correlacionado en el tiempo midió la vida útil de la fotoluminiscencia del Au22 y Au16 Cu6 ser 485 ns y 1,64 μs, respectivamente.
Una investigación adicional de la dinámica del estado excitado de las NC mediante espectroscopia de absorción transitoria reveló que los estados luminiscentes de ambas NC se originaron a partir del estado triplete (T1 ), con distintos procesos dinámicos observados en espectroscopia de absorción transitoria de femtosegundos. Bajo excitación de 380 nm, Au22 mostró un lento aumento de 148 ps, mientras que Au16 Cu6 mostró una relajación rápida de 0,5 ps.
Los experimentos de sensibilización triplete confirmaron que estos procesos se atribuyen al cruce intersistema ultrarrápido (ISC) desde el estado singlete (S1 ) a T1 . Debido al dopaje con cobre, Au16 Cu6 tiene un ∆Est más pequeño , acelerando significativamente su tasa de ISC. Como resultado, Au16 Cu6 en última instancia, muestra PLQY cerca del 100%.
El enfoque para lograr un PLQY cercano a la unidad podría permitir el desarrollo de materiales de agrupaciones metálicas altamente emisivas. Específicamente, este trabajo demuestra que se puede lograr un PLQY cercano a la unidad con una aleación de nanoclusters de oro y cobre incluso en solución a temperatura ambiente, lo que permitirá aplicaciones que van desde imágenes biológicas hasta dispositivos luminiscentes.
El equipo de investigación incluyó al grupo del Prof. Zhou Meng de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China de la Academia China de Ciencias (CAS), en colaboración con el equipo del Prof. Wang Quanming de la Universidad de Tsinghua.
Más información: Wan-Qi Shi et al, Rendimiento cuántico fosforescente NIR cercano a la unidad de un nanocluster de metal solvatado a temperatura ambiente, Ciencia (2024). DOI:10.1126/ciencia.adk6628
Información de la revista: Ciencia
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de China
