多色发光碳点:上/下转换发光波长的连续精确调控

发光材料在光电器件、照明与显示、能源转换与存储、生物成像与传感等多个领域都发挥着重要作用。实现精确可控的多色发光具有重要的研究意义和应用价值。为了实现这一目标,研究人员进行了大量的研究探索,例如量子尺寸的调控、镧系元素的掺杂和分子结构的设计等。然而,这些方法一般较为复杂,可操作性不强,难以实现宽波段范围内发光波长的连续精确调控。

近年来,碳点作为一种新型的发光碳纳米材料,由于其优异的发光特性、低毒性、易于功能化、稳定性和水溶性好等优点,受到了广泛关注。研究人员通过碳源选择、能级调控和杂原子掺杂等手段,实现了碳点宽波段范围的光致发光。最近,中科院理化技术研究所特种影像材料与技术研究中心谢政副研究员和中国科学院大学化学科学学院宋锐教授合作,采用一步溶剂热法制备了一种极性依赖性的多色发光碳点。通过对溶剂和固体基质极性的调整,实现了液态和固态碳点上/下转换发光的连续可控和线性精确可调,并且成功应用于光转换LED器件。

通过溶剂热法制备的碳点表现出明显的溶剂化显色效应,例如,在低极性溶剂中呈现绿光(甲苯)和黄光(丙酮),在强极性溶剂呈现红光(水)。进一步研究发现,碳点的荧光发射与所用溶剂的极性存在良好的线性关系。因此,通过溶剂极性和混合溶剂比例的调整、固体基质的选择,可以实现从绿光到红光范围内液态和固态碳点上/下转换荧光发射的连续可调和精确可控。根据这一现象,结合商品化蓝光LED芯片,成功制备了以碳点作为多色发光层的二基色和三基色两种白光LED。同时,为了实现碳点在固体基质中更好的分散,作者开展了碳点硅烷功能化的研究工作,制备了0 %到100 wt%任意浓度均匀共聚掺杂的硅烷碳点凝胶玻璃,并实现了碳点掺杂浓度等对其上下转换发光等性能的精确调控。

该研究发展了一种简单有效、操作性强的发光调控方法,实现了多色发光碳点的光谱连续可调和发射精确可控。相关文章发表在Wiley旗下Advanced Optical Materials杂志上 (DOI: 10.1002/adom.201800115)上。

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