魏茨曼科學研究院Adv. Funct. Mater.：上轉換半導體納米晶

【引言】

光子上轉換，即吸收較長波長的兩個或多個低能量的光子，激發出較短波長的高能量的光學過程，上轉換發光材料在生物醫學、信息和能源等領域有著巨大的應用前景。現階段關于上轉換材料的研究主要集中在稀土離子摻雜的納米顆粒和三重態-三重態湮滅上轉換（TTA），然而，這兩種上轉換機理主要依賴于離散的原子、離子或分子內躍遷吸收，這就大大限制了其可吸收的波段，導致其發光和吸收波長的不可調性。半導體量子點具有尺寸和組分依賴的光學特征，紫外到紅外可調的吸收和發射波段，高吸收系數和熒光量子產率，以及無機結構的高穩定性，滿足了光子上轉換在實際應用中所需的所有條件，是一種新型的上轉換發光材料體系。

【成果簡介】

近日，來自以色列魏茲曼科學研究院物理學院Dan?Oron教授課題組的楊高嶺博士等人對膠體半導體納米晶材料的上轉換過程及機理進行了深入的研究。通過對比不同材料組分和厚度的核殼納米晶，他們確定了能帶結構和量子限域對上轉換效率的影響。相關成果以“Band Gap Engineering Improves the Efficiency of Double?Quantum Dot Upconversion Nanocrystals”為題發表在材料領域頂級期刊Advanced Functional Materials。

【圖文導讀】

圖1 能帶結構及上轉換機理

圖2?納米晶材料表征

（a,?d, g）TEM圖 (b, c, h) 吸收和熒光光譜圖 (c, f, i) 近紅外熒光壽命

圖3?上轉換光學特性

（a,?d）上轉換光譜圖（b,?e）上轉換熒光激發強度依賴（c, f）上轉換熒光產率

圖4?殼層厚度對上轉換的影響

圖5?不同殼厚度的上轉換光學表征

（a）吸收曲線（b）熒光壽命（c）上轉換熒光

（d）不同殼層壽命變化（e）不同殼層的上轉換熒光產率

圖6光子上轉換連續激光光學特性表征

（a）上轉換熒光連續激光強度依賴

（b）上轉換熒光產率

【小結】

該工作證明了通過能帶調控可以實現長中間態壽命和深空穴能級，二者共同作用大大提高了量子點材料的光子上轉換效率，激發強度在500?mJ/cm²量級時，上轉換熒光量子產率可達2.17%，是當前量子點上轉換材料報道的最高值。同時，通過控制發光層的厚度，進一步證明了長中間態壽命和深空穴能級對光子上轉換的影響。上轉換量子點熒光產率的提高對其在太陽能吸收，安全密鑰，生物標記等方面的進一步應用都有重要的意義。

文獻鏈接：Band Gap Engineering Improves the Efficiency of Double?Quantum Dot Upconversion Nanocrystals（Adv. Funct. Mater., 2019, DOI:?10.1002/adfm.201900755）

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.201900755

本文由以色列魏茲曼科學研究院物理學院Dan?Oron教授課題組供稿，材料人編輯部Alisa編輯。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱: tougao@cailiaoren.com.

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaorenVIP.