螢光碳納米點全色發光機制的時間分辨光譜研究

《螢光碳納米點全色發光機制的時間分辨光譜研究》是依託吉林大學，由王雷擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：螢光碳納米點全色發光機制的時間分辨光譜研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：王雷
• 依託單位：吉林大學

項目摘要

螢光碳納米點（簡稱碳點）作為一種綠色環保納米材料在顯示、照明等光電功能領域有著光明的套用前景，是發展新型發光概念器件——碳基光發射二極體（CLEDs）的基石之一。由於碳點既兼具類似小分子的有機結構，又理論上受量子限域效應的顯著影響，這使得其發光多樣性（即使由相同碳源製備的碳點，其發光範圍也可以覆蓋藍綠紅三色波段）和多源性（各發光波段的物理來源有多種，即單一碳點可能同時具有多個發光中心）問題成為設計、最佳化CLED器件結構與性能的主要障礙。本課題擬在申請者前期良好的工作基礎上，通過將單點螢光壽命測量和系綜平均的時間分辨光譜測量有機結合的方式，系統研究苯二胺基全色發光碳點中發光態與量子限域態的激發態動力學過程，揭示其發光中心的分子構成及與周圍碳納米環境的可能關聯，為提高碳點在紅光波段的發光效率，建立闡述其全色發光機制的分子起源模型，構造全色發光的碳基納光子學器件提供堅實的物理依據和原理性指導。

結題摘要

在有機發光二極體（OLED）技術已經商品化的今天，發展下一代具有更低功耗且綠色環保的顯示技術的需求促使人們不斷尋找新型發光材料。除了目前正在朝大規模商品化發展、期望在幾年後與OLED一較高下的量子點發光二極體（QLED），石墨烯氧化物、石墨烯量子點、碳納米點等螢光碳納米材料以及近年來出現的各種新穎的二維半導體材料（典型代表為過渡族金屬硫族化合物中的MoS2單層），在光伏、LED及雷射等領域展現了巨大的套用潛力。由於它們不僅可以向下與OLED技術兼容，而且還有可能直接取代目前比較成熟的有機光電材料、發展成本更低、超薄且柔性、以及性能更優異的碳基/二維半導體光電器件，因此，對碳基納米材料與二維半導體材料的研究分別是目前國際研究熱點之一。本項目的主要研究內容是利用超快光譜手段探索碳納米發光材料，包括碳納米點、石墨烯、石墨烯氧化物的光物理特性，通過調控碳納米材料的組成成分（還原程度）、形貌（納米點和納米片形態），及其與二維半導體材料接觸，來系統研究碳納米點的發光機制及電荷轉移過程，最終掌握了高效紅色發光碳納米點的合成方法，搭建了可測得準零維碳納米點、二維半導體、三維鈣鈦礦微晶的微區螢光壽命測量系統。尤其是，我們從超快光譜研究的角度，詳細闡述了石墨烯/MoS2單層異質結中的電荷轉移過程，為深入理解相關二維器件的光物理圖像和工作機制提供了原理性的解釋（該工作發表在Nature Communications）；並且揭示了石墨烯氧化物的在不同氧含量下的絕緣-半導體-半金屬轉變特性。此外，我們對鈣鈦礦量子點與電子/空穴淬滅劑接觸以及鈣鈦礦微晶的自發放大輻射過程進行了對照研究，為研究螢光碳納米點的螢光淬滅機制有啟發作用，對將來探索螢光碳納米點的激射現象具有借鑑意義。項目研究期間，共發表SCI論文7篇，包括Nature Communications（1篇）、Nanoscale（1篇）、Journal of Physical Chemistry C（1篇）、Physical Chemistry Chemical Physics（2篇）、Optical Materials Express（2篇）。相關論文總被他引72次。