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    先进能源与环境材料团队研究成果在Adv. Mater.发表:碳点@分子筛复合材料与量子点间的共振能量转移构筑时变多色立体发光体系
    发布日期: 2022-12-02  浏览:
  • 近期,吉林大学无机合成与制备化学国家重点实验室、未来科学国际合作联合实验室的先进能源与环境材料团队在Advanced Materials上发表题为“Time-dependent Polychrome Stereoscopic Luminescence Triggered by Resonance Energy Transfer between Carbon Dots-in-zeolite Composites and Fluorescence Quantum Dots”的研究工作。该工作以余辉寿命易于调控的碳点(CDs)@分子筛复合材料为能量供体,以多色的荧光量子点(QDs)为能量受体,设计了一个基于共振能量转移(RET)的新型时变多色立体发光体系,成功实现了高级的时-空分割光学多路复用。该工作开发了一个崭新的光学多路复用模式,为光学多路复用技术的发展开辟了一个新视角。

    时-空分割光学多路复用可以实现发光信号在时间维度和空间维度上的同步传输,因此可以显著地增加信息传输容量。然而,目前还没有关于时-空分割光学多路复用的报道。实现这种多路复用的前提是需要构筑一个时间依赖的、多色的立体发光体系,极具挑战性。构筑时变多色立体发光体系的关键是首先实现材料的发光波长和发光寿命在宽范围内的可控调节,然后基于这些材料设计一个三维(3D)的发光体系。因此,开发一种简便且通用的策略实现这样的可控调节,然后将这些具有明显不同的发光波长和发光寿命的材料整合在一个3D体系中,对于构建时变多色立体发光体系进而实现时-空分割光学多路复用至关重要。

    图一:PeQDs的余辉波长和余辉寿命的调控过程;时变多色立体发光体系示意图

    鉴于此,先进能源与环境材料团队以余辉寿命易于调控的CDs@分子筛复合材料为能量供体,以荧光波长易于调控的量子点,如钙钛矿量子点、硒化镉/硫化锌量子点和碳量子点为能量受体,设计了一个基于RET的3D发光体系,成功实现了时变多色立体发光(图一)。在这样的发光体系中,QDs可以通过RET吸收CDs@分子筛复合材料的热致延迟荧光(TADF或室温磷光(RTP),然后将吸收的能量以低能量光子的形式释放出来,该低能量光子即是QDs的余辉(图二)。QDs的余辉波长取决于其本征的荧光波长,而QDs的余辉寿命与CDs@分子筛复合材料的TADF寿命或RTP寿命有关。因此,通过将余辉寿命不同的CDs@分子筛复合材料和荧光波长不同的QDs两两匹配,可实现对QDs的余辉波长和余辉寿命的可控调节,其中钙钛矿量子点(PeQDs)的余辉波长为463−614 nm,余辉寿命为232−1500 ms(图一)。

    图二:CDs@分子筛复合材料和PeQDs之间的RET过程

    余辉寿命的可调控性赋予了发光体系“时变”的性质,波长的可调控性赋予了发光体系“多色”的性质,而3D空间的引入以及CDs@分子筛复合材料和QDs在3D空间中独特的排列方式赋予了发光体系“立体”的性质。因此,时变多色立体发光体系得以构筑。该新型发光体系担载了涉及四个维度(时间和3D空间)的八层发光信息,成功实现了高级的时-空分割光学多路复用(图三)。

    图三:九种不同的时变多色立体发光体系及其在时-空分割多路复用中的应用

    相关的研究成果近期发表在Advanced Materials杂志上,文章的第一作者为吉林大学化学学院在读博士生于晓微,通讯作者为吉林大学于吉红教授和郑州大学刘凯凯副教授。


    全文链接: https://doi.org/10.1002/adma.202208735