第一作者：Kouong>shik Mindal
通讯作者：Pathik Kumbhakar
通讯单位：杜尔加布尔国家技术研究所物理系纳米科学实验室
研究内容：
本文报道了N, N二甲基甲酰胺(DMF)稳定的Au纳米团簇(AuNC)体系的光致发光量子产率(PLQY)从12.5到51%的聚集诱导增强(AIE)。通过氢键相互作用实现AuNC的自组装，进而设计了AuNC_DCM系统，实现了基于Förster共振能量转移(FRET)的白光LED (WLED)， CIE坐标为(0.35,0.29)。采用的溶液加工制造策略，使我们可以自由地优化其组件，以获得最佳的全光谱光输出。通过在AuNC_DCM系统中加入绿色发射体即氮掺杂石墨烯量子点(NGQD)，设计的WLED的CIE坐标进一步提高到(0.33,0.32)，显色指数为93，相关色温为5620 K。所设计的WLED的优良光谱质量和所提出的制造方法的可重复性将使开发的AuNCs_DCM FRET共轭在实际光子应用中发挥作用。
要点一：
本文报道了有机溶剂N,N-二甲基甲酰胺(DMF)稳定的AuNCs中PLQY的自组装或聚集诱导增强从12.5%到51%。实验表明，这种自聚集是由覆盖单个AuNCs的稳定剂之间的氢键相互作用触发的。自组装或聚集的AuNCs (α-AuNCs)具有较高的PLQY和载流子寿命，用于与激光染料4(二氰亚甲基)-2-甲基-6-(4-二甲氨基苯乙烯)- 4hpyran (DCM)一起产生FRET基白光。通过引入绿色氮掺杂石墨烯量子点与基于FRET的α-AuNCs和DCM发光二极体，进一步改善了白光的色质。然后，采用溶液处理和无稀土工艺制备CIE坐标为(0.33,0.32)的WLED。此外，在可见光范围内，WLED的发射光谱覆盖了近70%的AM 1.5太阳光谱，这一结果表明了其在太阳能电池模拟器中的应用前景。基于FRET的WLED可进一步用于室内照明和显示应用，其显色指数(CRI)为93，相关色温(CCT)为5620 K。因此，该溶液加工的简单工艺具有批到批的可重复性，可能使设计的WLED成为未来商业全光谱照明应用的潜在候选产品。
要点二：
对于离子态的NCs，它们可以通过金属-金属或亲金属相互作用组装氢键相互作用，是金属纳米团簇自组装的最有效和最高产的机制之一。它不仅使PL从材料中得到了AIE，而且使组装的NCs具有了刚性和热力学稳定性。然而，对于组装的贵金属NCs，特别是AuNCs，其PL发射通常来源于三重态激发态，这大大提高了PL发射，并增加了载流子寿命。
文章示意图
图1： (a)合成后的AuNCs透射电镜图像。(b) 80天后不同放大倍数的α-AuNCs TEM图像。(c) AuNCs随老化的紫外-可见吸收光谱。(d) AuNCs在350 nm激发下的发光发射光谱。(e)第1天和(f)第80天，在365 nm紫外光照射下，AuNCs的图像。(g)合成的AuNCs的UV - vis吸收、PL发射(λex, 350 nm)和PLE (λem, 413 nm)归一化光谱及相关跃迁的示意图。
图2：(a)合成的AuNCs自组装机理示意图。(b)仅DMF、DMF + HAuCl4溶液和合成的AuNCs的红外光谱。(c)包含峰A (1387 cm-1)、B (1089 cm-1)和c (658 cm-1)的区域放大图。(d)合成的AuNCs溶液随老化的红外光谱。(e)图d中2、3和4标记区域的放大图。
图3: (a) DCM和α-AuNCs的紫外可见吸收光谱和发光发射光谱(λex, 375 nm)。(b)加载不同浓度DCM的α-AuNCs的发光发射光谱(λex, 375 nm)。(c)在365 nm紫外光下，CIE坐标随AuNCs-DCM溶液聚集的数字图像变化。(d) α-AuNCs、DCM (30 mM)及其混合物的发光光谱(λex, 375 nm)。(e)发光衰减曲线(λex, 375 nm;λem, 430 nm)的α-AuNCs (时效60天)，与1,4和12 μM DCM混合前后。(f) ΦET随施主与受主距离的变化(r)与eq 4的理论拟合。
图4：(a)聚集的AuNCs、DCM、NGQD及其混合溶液的发光发射光谱(λex, 390 nm)。(b) (α-AuNCs + DCM)溶液(WLED 2)和(α-AuNCs + DCM + NGQD)溶液(WLED 1)制备的WLED的发射光谱。(d) WLED 1和2的CIE坐标。(e) (i)含有α-AuNCs、DCM和NGQD的PVA水凝胶在紫外光照射下的数字图像。(ii) WLED 1在工作条件下的数字图像。(f) AM 1.5太阳光谱和WLED 1的发射光谱。
图5：在(a)溶液(λex, 350 nm)和(b)固态(λex, 390 nm)中，聚集的AuNCs的发光随温度变化而变化。(c) WLED 1在1天、半年和1年后的发射光谱。(d) WLED 1连续发光10 h的归一化积分强度。(e) WLED 1制备多次(110次)后的发射光谱。(f) WLED 1在5 ~ 26 V不同偏置电压下的发射光谱。
参考文献
Mondal, K.; Pramanik, A.; Mondal, T.; Panja, S. S.; Sarkar, R.; Kumbhakar, P., Self-Assembly of Solvent-Stabilized Au Nanocluster as Efficient Forster Resonance Energy-Transfer Initiator for White Light Generation. J Phys Chem Lett 2022, 3079-3088.
