近日，中國科學院大連化學物理研究所光電材料動力學特區研究組研究員吳凱豐團隊通過構建無機量點-多環芳烴雜化材料，將納秒級的量子點激發態壽命延長至百微秒量級;通過物理模型推導，預測了熵效應定量調控該體系延遲發光壽命的動力學機制，并進行實驗驗證。
延遲熒光是分子體系中的概念，對實現高效率發光器件具有重要意義。吳凱豐團隊發現基于CsPbBr3量子點-菲甲酸的無機-有機雜化體系也可觀測到類似的延遲發光現象。在前期工作中，團隊系統研究了無機量子點到有機分子的三線態能量轉移(TET)動力學機制，并基于這些機制實現了高效率的光子上轉換應用。近期工作中，團隊發現，若無機量子點的激子能量僅略高于有機分子三線態能量，量子點到有機分子發生傳能之后，會伴隨著熱活化的反向傳能過程(rTET)，并觀測到長壽命的量子點延遲發光。該機制使得CsPbBr3量子點的納秒級激子壽命延長到百微秒量級。
延遲發光現象對CsPbBr3量子點的光化學應用具有意義。得益于CsPbBr3量子點巨大的吸光系數和快速的發光速率，其在發光器件和量子光學等領域有顯著優勢。然而，快速的發光速率(納秒級別壽命)制約了該類材料在光化學/光催化領域的應用。科研人員基于CsPbBr3量子點-菲甲酸體系中的百微秒量級延遲發光壽命，在溶液中通過擴散控制的電子轉移過程實現了對蒽醌底物分子的高效光還原轉化。此外，科研人員還發現，該延遲發光機制中熵效應可能發揮的重要角色。在量子點-有機分子雜化體系中，一個量子點的表面通常吸附著幾十到幾百個受體分子。因此，從量子點到分子傳能的過程中伴隨著巨大的紊亂度增加(即熵增)。在室溫下，該熵增對應的吉布斯自由能變化約為0.1電子伏特量級。對從分子到量子點的熱活化反向傳能過程而言，這是一個額外的勢壘，對延遲發光壽命具有重要調制作用。在該思路的指導下，科研人員推導了熵效應調控延遲發光動力學的通用物理模型;并使用CsPbBr3量子點-菲甲酸體系進行了實驗驗證。該研究通過改變給受體之間的數目比例，可定量調控延遲發光壽命，開辟了“預設計”發光材料激發態壽命的新途徑。
相關研究成果分別以Long-Lived Delayed Emission from CsPbBr3Perovskite Nanocrystals for Enhanced Photochemical Reactivity和Entropy-Gated Thermally Activated Delayed Emission Lifetime in Phenanthrene-Functionalized CsPbBr3Perovskite Nanocrystals為題，于近期發表在《美國化學會能源快報》(ACS Energy Letters)和物理化學快報(The Journal of Physical Chemistry Letters)上。研究工作得到國家自然科學基金、中科院戰略性先導科技專項(B類)“能源化學轉化的本質與調控”等的資助。
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