我所揭示量子點自旋馳豫誘導分子三線態生成新機制

  近日,我所光電材料動力學研究組(1121組)吳凱豐研究員團隊在量子點光化學應用領域研究中取得新進展,揭示了一種量子點自旋馳豫誘導分子三線態生成的新機制,并探索了該機制的重要應用。

  傳統意義上,自旋相關的量子現象研究是物理學的范疇,但近年來化學家合成的各類材料也在相關領域開始備受關注,其中就包括半導體膠體納米晶(或稱量子點)和金屬鹵化物鈣鈦礦等。這些材料合成工藝簡單、物理化學性質易調諧,有望為自旋電子學和量子信息科技的發展注入新生力量。然而,近期研究工作都表明,目前這些材料的自旋馳豫壽命較短(一般為皮秒量級),其應用仍面臨諸多挑戰。

  面對上述挑戰,吳凱豐團隊另辟蹊徑,提出這種快速的自旋馳豫可應用于分子光化學領域。在光化學領域中,分子自旋馳豫(稱為系間竄躍)產生的三線態具有諸多應用前景。團隊前期基于光激發量子點,傳能至分子三線態,并應用于高效率的光子上轉換。本工作中,不同于先前激發量子點的常規途徑,團隊創新性地通過激發有機分子注入載流子到量子點,利用量子點快速翻轉載流子自旋,進而在后續的電荷復合過程高效生成分子三線態。

  團隊構建了CsPbBr3量子點—羅丹明B(RhB)分子雜化體系。該體系的能級排布類似于type-Ⅱ異質結,RhB分子的LUMO和HOMO能級的能量分別低于量子點的導帶和價帶邊能級。因此,激發量子點或分子都可以觸發有效的電荷分離。在激發RhB分子時,基于跨時域的瞬態吸收光譜,團隊觀測到分子向量子點價帶注入空穴生成電荷分離態,隨后電荷分離態復合生成RhB三線態,以及RhB三線態回到基態的全部動力學過程。研究發現,該三線態生成的關鍵在于,CsPbBr3量子點的價帶空穴在皮秒時間尺度發生自旋翻轉,而量子點—分子電荷分離態的復合在納秒時間尺度,因此自旋馳豫的三線態復合路徑占據主導地位。換言之,可利用量子點快速翻轉自旋,使本身無法發生有效系間竄越的RhB這類分子高效生成自旋三線態。這與傳統的重元素誘發系間竄越截然不同,因為后者不牽涉這些電荷分離和復合過程。

  團隊表示,該機制原則上適用于滿足電荷分離態能量高于分子三線態能量、電荷復合速率慢于量子點自旋翻轉速率的兩個條件的任何體系,有望在分子三線態相關的光化學領域取得廣泛的應用。此外,在應用層面,考慮到激發 CsPbBr3量子點和激發RhB分子的路徑都可在雜化體系中高效生成RhB分子三線態,且兩者的吸收光譜剛好互補,團隊展示了寬帶近白光驅動的高效光子上轉換及單線態氧生成。

  該工作以“Spin-enabled Photochemistry Using Nanocrystal-molecule Hybrids ”為題,于近日發表在《化學》(Chem)上。該工作的第一作者是我所1121組博士研究生劉萌。上述工作得到國家自然科學基金、國家重點研發計劃、中科院穩定支持基礎研究領域青年團隊計劃等項目的資助。(文/圖 劉萌)

  文章鏈接:https://doi.org/10.1016/j.chempr.2022.03.003

版權所有 © 中國科學院大連化學物理研究所 本站內容如涉及知識產權問題請聯系我們 備案號:遼ICP備05000861號 遼公網安備21020402000367號
亚洲小说欧美综合中文_亚洲香蕉综合在人在线观看_亚洲香蕉伊综合在线观看_亚洲香蕉AV
<蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>| <蜘蛛词>|