《基於三重態激子和稀土離子間能量傳遞的量子剪裁》是依託浙江大學，由劉小峰擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：基於三重態激子和稀土離子間能量傳遞的量子剪裁
- 依託單位：浙江大學
- 項目負責人：劉小峰
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
量子剪裁常源於稀土離子4f能級的級聯躍遷或不同稀土離子間的能量傳遞。與這一光子倍增過程類似，一些有機分子的單重態激子會以極快的速率裂變成兩個三重態激子。然而由於自旋禁戒，這些三重態激子常無法直接回到基態而發射光子。本項目中，我們將通過能量傳遞，使處於暗態的三重態激子最終帶來螢光發射，從而實現一種新的量子剪裁方式。在所研究的體系中，具有合適4f能級的稀土離子和這些三重態激子形成施主-受主對，三重態激子將通過傳能使稀土離子受到激發而發射螢光。本項目將從稀土離子―三重態激子體系的選取和設計入手，通過材料化學手段來製備兩者的複合體系，然後通過穩態，瞬態和超快光譜等技術來研究三重態激子和稀土離子間能量傳遞。在此基礎上，我們將此有機―無機複合的量子剪裁體系和半導體光電池結合，研究量子剪裁對可見及紫外光區能量轉換效率的影響。本項目的成果將推動這一有機―無機複合體系在光電子領域的研究和套用。
結題摘要
以光子為媒介的能量傳遞過程廣泛存在於宇宙的演化以及自然界的植物的光合作用中，這一能量傳遞過程同樣也參與了各種光致發光過程。尤其對於固體發光材料，常可通過選取合適的敏化劑（施主）和激活劑（受主）離子組合，來調製激活劑離子的光譜特徵使其滿足實際需要。除傳統的紫外激發螢光粉外，基於發光中心間的能量傳遞，還可以設計出不同光譜性質的上轉換（upconversion）和下轉換（downconversion）發光體系，這些新的發光材料以及其納米結構在生物標記、太陽能電池等領域有重要套用前景。 在下轉換過程中，通過選用合適的施主和受主可以實現量子剪裁，即光子數的增殖。以往量子剪裁常源於稀土離子4f能級的級聯躍遷或不同稀土離子間的能量傳遞。一些有機分子的單重態激子會以極快的速率裂變成兩個三重態激子。然而由於自旋禁戒，這些三重態激子常無法直接回到基態而發射光子。本項目中，我們通過設計稀土離子和三重態間的能量傳遞，製備了一系列有機分子修飾的稀土摻雜的納米顆粒，所選用的有機分子包括紅熒烯等具有顯著三重態裂分的體系。在實驗中，我們首先通過濕化學手段製備了不同稀土離子（包括Yb3+，Er3+，Tm3+，Nd3+等）摻雜的氟化物納米晶，然後通過表面配體置換將各種三重態有機分子修飾到這些納米顆粒表面。我們分別測試了這些複合納米顆粒組成的薄膜、分散的溶液以及納米顆粒和有機分子物理混合的溶液和薄膜的穩態和瞬態光譜。結果表明能量傳遞在這些體系中普遍存在，我們觀察到了基於納米顆粒向紅熒烯的能量傳遞以及由此造成的紅熒烯的上轉換髮光，我們還觀察到了有機分子向稀土離子能量傳遞，由此產生的下轉換以及源於Yb3+、Er3+等稀土離子的近紅外螢光。目前，我們仍在繼續研究相關的能量傳遞機制。本研究當前的成果一方面將為有機-無機雜化的發光材料提供新的設計思路，另一方面也將為三重態激子的螢光提取提供新的策略。
