Феликс Н. Кастеллано, заслуженный председатель кафедры химии Goodnight Innovation в NC State, ранее показал, что полупроводниковые нанокристаллы могут передавать энергию молекулам, тем самым продлевая время их жизни в возбужденном состоянии на достаточно долгое время, чтобы их можно было использовать в фотохимических реакциях.
В своей новой статье Кастеллано и Седрик Монгин, бывший научный сотрудник, занимающийся постдокторской диссертацией, в настоящее время работает доцентом в Ecole normale superieure Paris-Saclay во Франции, показали, что перенос триплетных экситонов не только продлевает время жизни возбужденных состояний, но и что некоторые из них энергия возвращается к исходному наноматериалу в процессе.
«Когда мы смотрели на перенос триплетных экситонов от наноматериалов к молекулам, мы заметили, что после первоначального переноса наноматериал все еще будет светиться с задержкой, что было неожиданно», – говорит Кастеллано. "Поэтому мы решили выяснить, что именно происходит на молекулярном уровне."
Кастеллано и Монгин использовали квантовые точки селенида кадмия (CdSe) в качестве наноматериала и пиренкарбоновую кислоту (PCA) в качестве молекулы-акцептора. При комнатной температуре они обнаружили, что непосредственная близость соответствующих уровней энергии создает механизм обратной связи, который термически повторно заселяет возбужденное состояние CdSe, вызывая его фотолюминесценцию.
Сделав еще один шаг вперед в эксперименте, исследователи систематически варьировали запрещенную зону CdSe-PCA, изменяя размер нанокристаллов. Это привело к предсказуемым изменениям результирующих времен жизни возбужденного состояния. Они также исследовали этот процесс при различных температурах, получив результаты, соответствующие термически активируемому механизму передачи энергии.
«В зависимости от относительного разделения энергии система может быть настроена так, чтобы вести себя больше как PCA или больше как наночастица CdSe», – говорит Кастеллано. "Это диск управления системой.
Мы можем создавать материалы с уникальными фотолюминесцентными свойствами, просто контролируя размер наночастиц и температуру системы."
Работа опубликована в журнале Nature Chemistry при поддержке Управления научных исследований ВВС США (FA9550-13-1-0106) и U.S. Министерство энергетики (DE-SC0011979).
Монгин – первый автор, Кастеллано – автор-корреспондент. Павел Мороз и Михаил Замков из Bowling Green State University также внесли свой вклад в работу.