研究人員實現(xiàn)手性光學(xué)不對稱因子和發(fā)光效率同時增強
圓偏振發(fā)光（CPL）材料在3D顯示、光學(xué)存儲、信息加密等領(lǐng)域頗具應(yīng)用潛力。目前，發(fā)展具有高發(fā)光不對稱因子（glum）的材料是其實際應(yīng)用的關(guān)鍵。既往研究發(fā)現(xiàn)，通過三重態(tài)-三重態(tài)湮滅（TTA）實現(xiàn)的上轉(zhuǎn)換圓偏振發(fā)光比直接激發(fā)手性分子的圓偏振發(fā)光具有更高的不對稱因子。然而，該體系的glum依然有提升的空間，且激子湮滅機制對發(fā)光量子效率存在負面影響。近日，中國科學(xué)院國家納米科學(xué)中心段鵬飛研究團隊與吳曉春研究團隊，通過構(gòu)筑貴金屬等離子體和手性上轉(zhuǎn)換膠束的納米復(fù)合體系，將三重態(tài)-三重態(tài)湮滅與表面等離基元增強效應(yīng)相結(jié)合，實現(xiàn)了手性光學(xué)不對稱因子和發(fā)光效率的同時增強。 m6#a {
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研究人員將手性發(fā)光分子和敏化劑包覆于陽離子型表面活性劑CTAB中，形成具有上轉(zhuǎn)換CPL性質(zhì)的膠束，之后通過靜電吸附將表面為負電荷的金納米棒（AuNRs）與膠束復(fù)合，制備出膠束/AuNRs的納米復(fù)合物�？蒲腥藛T對膠束的圓偏振發(fā)光性質(zhì)進行研究，發(fā)現(xiàn)利用635 nm可見光激發(fā)得到的上轉(zhuǎn)換CPL比紫外光直接激發(fā)手性分子的CPL表現(xiàn)出更大的glum值，說明TTA對放大發(fā)光不對稱因子的作用具有普遍性。在膠束/AuNRs體系中，研究人員觀察到上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度增加，在表面等離激元增強作用下，發(fā)光強度可以得到6.7倍的提升。同時，該復(fù)合體系的上轉(zhuǎn)換CPL相對純膠束也有明顯增強。在最佳膠束/AuNRs比例下，glum可以達到10-2量級。不僅激發(fā)態(tài)手性，膠束的圓二色吸收性質(zhì)也在AuNRs的作用下得到提升，表明了表面等離激元增強效應(yīng)對分子基態(tài)和激發(fā)態(tài)均有影響。通過探究具有不同等離基元共振性質(zhì)的膠束/納米顆粒體系并結(jié)合模擬計算，研究證明等離子體的共振場強度是影響手性分子光物理性質(zhì)的重要因素，共振場越強則可以實現(xiàn)更好的增強效果。 \( --$9
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圖1.同時增強上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度和發(fā)光不對稱因子的膠束/等離子體復(fù)合體系示意圖。 PpH
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圖2.膠束/AuNRs復(fù)合物的形成及光學(xué)性質(zhì)表征。a、膠束/AuNRs復(fù)合物的透射電鏡照片；b、膠束和膠束/AuNRs復(fù)合物的上轉(zhuǎn)換發(fā)光光譜；c、各體系的發(fā)光不對稱因子；d、膠束與膠束/AuNRs的圓二色吸收不對稱因子；e、模擬計算不同金納米棒在635 nm處的電場強度分布；f、不同金納米棒對膠束基態(tài)和激發(fā)態(tài)手性的增強效應(yīng)。 O<#8R\v
表面等離基元增強是提升手性物質(zhì)光學(xué)性質(zhì)的有效、普適的方案，通過等離子體增強效應(yīng)可以提高上轉(zhuǎn)換發(fā)光強度，并可以進一步放大CPL的發(fā)光不對稱因子。利用等離子體構(gòu)筑的具有高發(fā)光效率和發(fā)光不對稱性的復(fù)合物，將有助于光學(xué)活性物質(zhì)的進一步應(yīng)用。相關(guān)研究成果發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。 mX!*|$b s
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論文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-35699-z
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