镧系元素纳米晶体使分子三重态激子变亮

新加坡国立大学的科学家开发了一种方法，通过将三联体与掺杂镧系元素的纳米粒子耦合来改善分子三联体的产生和发光收集。这一创新为光电领域中镧系元素纳米晶体-分子相互作用提供了新的见解。

分子和混合系统中三重态激子(结合电子-空穴对)的产生、控制和转移是从物理和化学到材料科学和生物学的各个学科都非常感兴趣的话题。这种兴趣受到一系列潜在应用的驱动，例如分子的光发射、光子频率转换、光催化、传感和光动力治疗。然而，分子三联体是较差的光发射器，因此使用特殊技术来规避这一限制。这些技术包括重金属基于自旋轨道耦合和单线态-三线态能量分裂的调谐。然而，这两种方法都不合适，因为它们主要集中在从三胞胎中收集光发射，这对分子设计施加了严格的限制。

由新加坡国立大学化学系刘晓刚教授领导的研究小组开发了一种新方法，通过将有机分子与镧系元素掺杂的纳米粒子偶联来控制这些分子三联体的发光特性(见图)。这项研究是与浙江大学的邓仁仁教授和英国剑桥大学的 Akshay Rao 教授合作进行的。使用他们的方法，可以通过光子吸收直接在有机分子上生成分子三联体。这意味着分子可以获得能量并直接从基态单线态转变为激发态三线态。这种直接的光学跃迁以前是不可能的。研究人员发现，这种转变可以在低于 10 皮秒的时间尺度上以统一的效率发生。然后，分子可以以统一的效率将能量转移到镧系元素离子，从而实现光发射。

刘教授说：“我们已经解决了在光电领域工作的科学家面临的长期实验挑战，并且它已被证明是分子三联体发光收集的有效策略。这些结果也建立了一种新的方法来操纵分子三重态激子，有望为广泛的学科开辟新的途径，包括三重态敏化、光催化、光电子学、生物医学疗法、传感和光子频率转换。”

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