Ученые сделали серебро в 77 раз ярче
Группа японских исследователей обнаружила, что добавление всего одного атома серебра к нанокластеру может увеличить его светоотдачу в 77 раз.
Совместная группа ученых из Университета Тохоку, Токийского университета науки и Института молекулярной науки обнаружила, что добавление одного атома серебра (Ag) может существенно изменить способ свечения нанокластеров (NC) с высоким содержанием серебра.
Их исследования продемонстрировали 77-кратное улучшение квантового выхода (QY) фотолюминесценции (PL) при комнатной температуре — значительное достижение, которое может ускорить развитие оптоэлектронных и сенсорных технологий следующего поколения. Исследование было недавно опубликовано в Журнале Американского химического общества.
Квантовый выход фотолюминесценции измеряет, насколько эффективно материал преобразует поглощенную энергию в видимый свет. Повышение этой эффективности напрямую благотворно сказывается на таких технологиях, как OLED-дисплеи, используемые в телевизорах.
Однако достичь высокого PLQY не так просто, как выбрать материалы с сильной люминесценцией. Например, серебряные нанокластеры естественным образом демонстрируют низкую эффективность PL, что ограничивает их практическое применение, несмотря на их исключительный оптический потенциал.
Проектирование и сравнение нанокластеров серебра
Чтобы более подробно изучить взаимосвязь между структурой и свойствами, команда синтезировала и сравнила два близкородственных анионных шаблона Ag NC: [SO4@Ag78S15(CpS)27(CF3COO)18]+: Ag78 NC (CpS: циклопентатиолат), [SO4@Ag79S15(iPrS)28(iPrSO3)15(CF3COO)4]: Ag79 NC (iPrS: изопропилтиолат). Оба NC имеют общую структурную основу, при этом ключевым отличием является наличие одного дополнительного атома Ag в самой внешней оболочке Ag79 NC.
Это добавление было достигнуто за счет тонких модификаций лигандов, защищающих поверхность, в частности, сгенерированной in situ группы iPrSO3–, которая создала пустоту в структуре NC, что позволило включить дополнительный атом. Хотя основные структуры остались в основном неизменными, модификация оболочки имела глубокие последствия.
В Ag79 NC добавленный атом серебра увеличил скорость радиационного распада и сделал кластер более жестким. Жесткость эффективно подавляла нерадиационные пути распада, которые обычно снижают эффективность люминесценции. Сочетание этих факторов — усиленный радиационный распад за счет уменьшения симметрии и уменьшение нерадиационных потерь за счет структурной жесткости — позволило Ag79 NC продемонстрировать заметное 77-кратное улучшение квантового выхода ФЛ по сравнению с Ag78 NC при комнатной температуре.
На пути к новому поколению светоизлучающих материалов
«Это первое ясное доказательство того, что добавление всего одного дополнительного атома серебра, направленное дизайном лиганда, может значительно повысить производительность», — пояснил профессор Негиши. «Наши открытия открывают путь к рациональному проектированию эффективных светоизлучающих нанокластеров посредством модификаций структуры на атомном уровне».
Благодаря этому новому достижению исследователи ожидают появления новых возможностей для использования нанокластеров серебра в высокоэффективных светоизлучающих устройствах, биоимиджинге и каталитических системах, где эффективная люминесценция при комнатной температуре имеет решающее значение.
