Elektron-Phonon-Kopplungs-unterstützte universelle rote Lumineszenz von Kohlenstoffpunkten auf o-Phenylendiamin-Basis

Carbon Dots (CDs) sind neue kohlenstoffbasierte Photolumineszenz (PL)-Nanomaterialien mit einem Kern-Schale-Motiv. Aufgrund ihrer faszinierenden Vorteile wie chemische Trägheit, hohe Quantenausbeute (QYs), hohe Wasserlöslichkeit, thermische Stabilität und hervorragende Biokompatibilität haben CDs in verschiedenen Forschungsanwendungen wie Krebsdiagnose, Phototherapie und optoelektronischen Geräten große Aufmerksamkeit auf sich gezogen. Die zugrunde liegenden PL-Phänomene von CDs bleiben jedoch aufgrund der Polydispersität der Produkte und der Schwierigkeit, ihre atomaren Strukturen zu bestimmen, ein Rätsel.

In einem neuen Artikel, erschienen in Lichtwissenschaft & Anwendungein Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Professor Siyu Lu und Yuxi Tian vom College of Chemistry der Zhengzhou University und der School of Chemistry and Chemical Engineering der Nanjing University, China, und Mitarbeitern hat einen innovativen Ansatz zur Untersuchung des Bildungsprozesses entwickelt und Fluoreszenzmechanismus von o-Phenylendiamin-basierten CDs mit roter Emission.

Zu diesem Zweck entwarfen sie sechs rote Emissions-CDs mit unterschiedlichen Herstellungsmethoden, und alle zeigten nach der Reinigung die gleichen Absorptions- und PL-Spektren. Die Charakterisierung ihrer Strukturen durch eine Reihe von Tests zeigt, dass sie ähnliche Kohlenstoffkernstrukturen haben, während die spektrale Charakterisierung die unterschiedlichen Oberflächenzustände der CDs bestätigte. Darüber hinaus bestätigte die transiente Absorptionsspektroskopie (TA) in Kombination mit der Einzelpartikel-PL-Spektroskopietechnologie, dass die rote Emission aus dem Übergang verschiedener Schwingungsenergieniveaus im selben PL-Zentrum stammt.

Schließlich bestätigten theoretische Berechnungen in Kombination mit thermogravimetrischen Analysen den Bildungsprozess solcher CDs. Daher schlägt diese Arbeit einen systematischen Weg zur Analyse des Emissionsmechanismus von CDs mit roter Emission vor, der als Leitfaden für die Analyse der Struktur und des Mechanismus anderer Arten von CDs verwendet werden kann.

Das Vorhandensein aromatischer Regionen und einiger nicht-konjugierter Regionen in CDs beweist die Hybridstruktur, d. h. diese konjugierten und nicht-konjugierten Strukturen existieren sowohl im Kohlenstoffkern als auch in einer Polymerhülle. Diese Wissenschaftler fassen zusammen, dass es keine klare Grenze zwischen dem Kohlenstoffkern und der Oberflächenhülle von CDs gibt, aber die „Dichte“ der beiden Teile unterschiedlich ist. Es gibt mehr konjugierte Strukturen im Kohlenstoffkern und mehr Polymerketten in der Hülle.

Darüber hinaus bestätigten diese Wissenschaftler ihre Behauptungen unter Verwendung mehrerer Charakterisierungen:

„Dieser Artikel verdeutlicht den allgemeinen PL-Mechanismus und Bildungsprozess von oPD-basierten CDs mit roter Emission. Dieser einheitliche Mechanismus bietet eine neue Methode zur Analyse der Struktur-Eigenschafts-Beziehung von CDs und ebnet somit den Weg für die Analyse anderer Arten von CDs, wodurch ungenutzte aufgedeckt werden Chancen“, sagen die Wissenschaftler.