厦大李剑锋教授团队JACS：利用等离激元纳米光腔调控荧光-磷光研究取得重要进展

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厦大李剑锋教授团队JACS：利用等离激元纳米光腔调控荧光-磷光研究取得重要进展

来源：厦门大学 2023-09-18

导读：近日，厦门大学化学化工学院李剑锋教授团队与电子科学与工程学院的易骏副教授团队，在利用等离激元纳米光腔调控荧光-磷光研究方向取得重要进展，相关成果以“Tailoring Fluorescence–Phosphorescence Emission with a Single Nanocavity”为题发表在《美国化学会志》（DOI：10.1021/jacs.3c05496）。

通常，磷光在室温下不容易产生。大多数磷光只在低温或无氧条件下发射，这是因为其辐射速率较慢以及氧气产生的猝灭效应。实现磷光发射的关键因素是促使系间窜越或有效抑制磷光的猝灭。一般来说，制造一个刚性环境，例如通过将分子束缚在固体基质中，以抑制非辐射衰减，可以获得高量子产率的磷光发射。然而，这种方法在可重复性和加工性方面存在一些限制，从而难以应用在某些情境下的实际应用中。此外，磷光特性还可以通过控制重金属的自旋轨道耦合效应或者调控三重态的能级分裂来实现。然而，目前的方法在可用的分子结构方面存在一定的局限性。

基于此，该工作提供了一种称为"局域表面等离激元调控光谱学"的策略，它允许在室温下有效地控制分子的荧光和磷光辐射行为。通过设计一个合理的纳米光腔结构，成功地克服了磷光过程中的自旋禁阻跃迁和快速非辐射猝灭等限制。这个纳米光腔结构如下图所示，分别包括了底部的金膜基底、顶端的银立方体（NCs）。聚电解质(PE)层位于基底和银NCs之间。玫瑰红（RB）分子组装在PE层的上方。

模型系统的三维原理图（左），样品的扫描电镜和暗场成像图（右）

研究团队注意到当分子的磷光光谱与纳米结构的暗场散射光谱的位置重叠时，分子的磷光发射可以得到有效的激活。经过进一步的实验研究，发现分子在光腔中的磷光寿命相对于在淀粉中的磷光寿命显著缩短了1000倍以上。这一突破使得能够克服快速非辐射跃迁的限制，进而使等离子体结构能够精准地调控分子的荧光-磷光辐射行为。他们的研究为等离激元调控分子发射行为开辟了新的途径，这对于推动等离激元调控的荧光-磷光光谱学在光电子学和生物医学研究中的应用具有重要意义。

该研究工作是在李剑锋教授和易骏副教授的指导下完成，厦门大学化学化工学院2020级博士生彭微为论文第一作者。博士生何佳兴（香港大学）、王靖宇（已毕业）、Petar M. Radjenovic（已出站的博士后）、林嘉盛（现留组任博士后）等也参与了该工作。王耀辉（材料学院）、杨晶亮（贵州大学）、杨志林（物理学院）、李明德（汕头大学）、张凡利（中国计量大学）、张月皎（能源学院）参与了该研究工作的指导。该工作得到国家自然科学基金委(21925404、T2293692、22021001、22104124、22272140、22002128)、厦门科技计划项目(35022022YJ03)的资助。

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来源：厦门大学 2023-09-18