อะตอมเงินเดี่ยวที่เติมลงในโครงสร้างนาโนคลัสเตอร์ที่มีนิวเคลียร์สูงจะเพิ่มปริมาณควอนตัมของโฟโตลูมิเนสเซนซ์ได้ 77 เท่า การปรับปรุงระดับอะตอมนี้ทำได้โดยการออกแบบลิแกนด์อัจฉริยะ ช่วยเพิ่มการสลายตัวของรังสีและยับยั้งการสูญเสียที่ไม่ใช่รังสี ซึ่งปลดล็อกศักยภาพสำหรับอุปกรณ์ออปโตอิเล็กทรอนิกส์ที่สว่างขึ้น
เครดิตภาพ: Adriano Frisanco/Shutterstock.comนักวิทยาศาสตร์จากมหาวิทยาลัยโทโฮกุ สถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีแห่งมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีโมเลกุลแห่งโตเกียว เผยแพร่ผลการวิจัยของพวกเขาในวารสารดังกล่าวเมื่อเร็วๆ นี้ วารสารสมาคมเคมีอเมริกัน.
การศึกษานี้รายงานว่าผลผลิตควอนตัมโฟโตลูมิเนสเซนซ์ (PLQY) ที่อุณหภูมิแวดล้อมเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญถึง 77 เท่า ซึ่งปูทางไปสู่การใช้งานจริงในเทคโนโลยีออปโตอิเล็กทรอนิกส์และการตรวจจับ
ผลผลิตควอนตัมของโฟโตลูมิเนสเซนซ์เป็นการวัดที่สำคัญในการพิจารณาประสิทธิภาพของโฟโตลูมิเนสเซนซ์ ซึ่งเป็นความสามารถของวัสดุในการดูดซับพลังงานและแปลงเป็นแสง การปรับปรุง PLQY มีผลกระทบเชิงบวกต่อเทคโนโลยี เช่น OLED ในจอโทรทัศน์
อย่างไรก็ตาม การเลือกวัสดุที่มีค่า PLQY สูงเพียงอย่างเดียวนั้นไม่เพียงพอ ตัวอย่างเช่น Ag NC มีประสิทธิภาพ PL ต่ำโดยเนื้อแท้ ซึ่งจำกัดการใช้งานจริง แต่คุณลักษณะทางแสงที่เป็นเอกลักษณ์มีศักยภาพสูง
นักวิทยาศาสตร์สังเคราะห์และเปรียบเทียบ Ag NC ที่คล้ายกันมากสองตัวกับเมทริกซ์ประจุลบ: [SO4@Ag78S15(CpS)27(CF3COO)18]–: อจ78 NC (CpS: ไซโคลเพนทาไทโอเลต) i [SO4@Ag79S15(iPrS)28(iPrSO3)15(CF3COO)4]: อจ79 นอร์ทแคโรไลนา (และPrS: ไอโซโพรพิล ไทโอเลต)
NC ทั้งสองมีฐานโครงสร้างที่คล้ายคลึงกัน โดยมีความแตกต่างที่สำคัญคือมีอะตอม Ag เพิ่มเติมเพียงอะตอมเดียวในเปลือก Ag ชั้นนอกสุด79 เอ็นซี
การเพิ่มเติมนี้เกิดขึ้นได้จากการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในลิแกนด์ที่ปกป้องพื้นผิว กล่าวคือ บนเว็บไซต์ ผลิต และพศ3– กลุ่มที่สร้างช่องว่างภายในโครงสร้าง NC ทำให้สามารถรวมอะตอมเพิ่มเติมได้ แม้ว่าโครงสร้างพื้นฐานส่วนใหญ่ยังคงไม่บุบสลาย แต่การปรับเปลี่ยนเปลือกก็ส่งผลกระทบอย่างมีนัยสำคัญ
การสังเคราะห์เอจี79 เกี่ยวข้องกับกระบวนการเร่งปฏิกิริยา Cu(II) ที่นำไปสู่ บนเว็บไซต์ การสร้าง iPrSO ทั้งสอง3 ลิแกนด์และ SO42- เทมเพลตทำให้สามารถควบคุมองค์ประกอบและสถาปัตยกรรมของคลัสเตอร์ได้อย่างแม่นยำ
ใน Ag79 นาโนคลัสเตอร์ การเติมอะตอมเงินจะเพิ่มอัตราการสลายตัวของรังสี และทำให้กระจุกแข็งมากขึ้น ความแข็งลดเส้นทางการสลายตัวที่ไม่ใช่รังสีลงอย่างมาก ซึ่งโดยทั่วไปจะลดประสิทธิภาพการเรืองแสง
อจ79 NC แสดงผลผลิตควอนตัม PL เพิ่มขึ้น 77 เท่าอย่างน่าประทับใจเมื่อเปรียบเทียบกับ Ag78 NC ที่อุณหภูมิห้องเนื่องจากการรวมกันของการสลายตัวของรังสีที่ดีขึ้นและลดการสูญเสียที่ไม่ใช่รังสี
การเพิ่มประสิทธิภาพของการแผ่รังสีที่สังเกตได้มีสาเหตุมาจากการแตกหักแบบสมมาตรใน Ag79ซึ่งเพิ่มความแข็งแกร่งของออสซิลเลเตอร์ ในขณะที่การปราบปรามการสลายตัวแบบไม่มีรังสีนั้นสัมพันธ์กับความแข็งของพื้นผิวที่แนะนำโดย iPrSO สามง่ามที่เทอะทะกว่า3 ลิแกนด์
นี่เป็นหลักฐานแรกที่ชัดเจนว่าการเพิ่มอะตอมเงินเพิ่มเติมเพียงอะตอมเดียวตามการออกแบบลิแกนด์ สามารถเพิ่มประสิทธิภาพได้อย่างมาก การค้นพบของเราเปิดทางสู่การออกแบบที่มีเหตุผลของคลัสเตอร์นาโนที่เปล่งแสงอย่างมีประสิทธิภาพผ่านการดัดแปลงโครงสร้างในระดับอะตอม
ยูอิจิ เนงิชิ ศาสตราจารย์จากมหาวิทยาลัยโทโฮกุ
ทีมงานหวังว่าการค้นพบนี้อาจเปิดโอกาสใหม่ๆ ในการใช้คลัสเตอร์นาโนเงินในระบบการถ่ายภาพทางชีวภาพ ระบบเร่งปฏิกิริยา และอุปกรณ์เปล่งแสงประสิทธิภาพสูง ซึ่งการเรืองแสงที่มีประสิทธิภาพที่อุณหภูมิห้องเป็นสิ่งสำคัญ
หมายเลขนิตยสาร:
อากิยามะ,เอ. และคณะ (2025) กระตุ้นโฟโตลูมิเนสเซนซ์ในนาโนคลัสเตอร์เงินนิวเคลียร์สูงโดยการรวมอะตอมของเงินเพิ่มเติม วารสารสมาคมเคมีอเมริกัน– doi.org/10.1021/jacs.5c10289.