纳米科学调整荧光碳管的波长鸡笼

2021-01-13 11:22

纳米科学:调整荧光碳管的波长!

碳不仅是生命中最重要的元素,它还具有自身的迷人特性。石墨烯 - 一种原子厚度的纯碳片 - 是最强的材料之一。将石墨烯转化为圆柱体,您将获得碳纳米管(cnt),这是许多新兴技术的关键。

现在,在化学通讯报道的一项研究中,日本九州大学的研究人员学会了控制碳纳米管的荧光,可能允许新的应用。

cnt是天然荧光的 - 当置于光下时,它们通过释放它们自己的光来响应,这一过程称为光致发光。荧光的波长(颜色)取决于管的结构,例如它们被卷起的角度。已经研究了荧光cnt用于led照明和医学成像。

九州团队的目标是更好地控制发射波长。“当电子利用光能射入原子周围的更高轨道时,会发生荧光,”主要作者解释道。“它们沉入较低的轨道,然后以光的形式释放出多余的能量。发射光的波长与输入光不同,这取决于发射轨道的能量。”虽然荧光通常与黄色材料相关,但这些cnt的荧光是红外线,这对于眼睛是不可见的,但可以通过传感器检测到。

研究人员使用化学方法将有机分子 -碳原子的六边形 - 束缚在碳纳米管上。这会使轨道向上或向下推动,从而调整荧光。每个六边形中的六个原子之一与cnt结合,将分子锚定在管上。另一种与另外一组原子(取代基)键合。由于六边形形状,两个键合的碳可以相邻(表示为“o”),或者由一个碳(“m”)或两个(“p”)分开。大多数研究使用“p”排列,其中取代基指向远离cnt,但九州团队比较所有三个。

“o”图案产生与“m”和“p”非常不同的荧光 - 而不是一个红外波长,cnt现在发射两个。这是由于取代基使管子变形而挤压在管壁上。同时,对于“m”和“p”排列,能量取决于取代基中的哪些元素。例如,no2在轨道之间产生比溴更大的间隙。这并不奇怪,因为no2更能吸引电子,产生电场(偶极子)。但是,效果的大小在“m”和“p”之间不同。

作者说:“不同取代基的轨道能量的变化使我们可以在很宽的范围内精确控制碳纳米管的发射波长。”“最重要的结果是了解偶极子如何影响荧光,因此我们可以合理地设计生物医学设备所需的非常精确波长的碳纳米管。这对于不久的将来生物成像的发展非常重要。”

文章“在局部功能化单壁碳纳米管中使用芳基异构体通过缺陷位点设计进行近红外光致发光调制”发表在chemical communications上。

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