铜纳米簇的自组装诱导发光机理研究及白光LED应用

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金属纳米簇具有HOMO-LUMO类型的电子跃迁、强的光吸收能力和尺寸依赖的荧光发射等光学特性,被认为是用于制备光发射二极管的最具竞争力的颜色转换材料之一。然而,分散的金属簇的光色单一、荧光稳定性差、荧光强度低,极大的限制了它们的实际应用。受到有机分子聚集诱导发光理念启发,设计高度有序的金属簇组装体为解决以上问题提供了一种方法。在组装之后,金属纳米簇组装体的荧光稳定性以及荧光强度均得到大幅度增强。并且,金属簇组装体的荧光光色连续可调。这一过程被称之为自组装诱导发光。在本论文中,我们利用廉价、储量大、实用潜力更大的铜纳米簇来体现这一理念,即紧致有序的排列可以有效的改善金属纳米簇的发光稳定性、可调性以及强度。本论文旨在介绍二维铜纳米簇自组装结构的合成及其发光性质,探究影响二维铜纳米簇自组装结构组装诱导发光效应的因素,如配体、簇间距和金属缺陷等,并利用得到的二维铜纳米簇作为颜色转换层材料改善了发光二极管的性能。在第二章中,我们使用芳香硫醇代替烷基硫醇配体,制备了拥有强红光发射的铜纳米簇自组装材料。芳香配体的引入能够影响配体到金属的电荷转移或者配体到金属-金属电荷转移过程,因此能够调节发光颜色以及增强发光强度。通过选择共轭能力不同的芳香包覆配体,发光颜色可以由黄色调到深红色,荧光量子效率也增强到15.6%。全色发射的铜纳米簇自组装材料促进了纯铜簇白光光发射二极管的制备。在第三章中,我们通过调控组装体内部的簇间距实现了对铜纳米簇自组装诱导发光的控调,获得了从绿光到红光的系列荧光发射。簇间距可通过控制纳米簇自组装过程中的实验变量进行调控,例如溶剂与配体的种类、组装时长、温度等。这些实验变量影响纳米簇间弱相互作用力的平衡,进而改变组装体内纳米簇间的距离。纳米簇间距离的变化极大的影响铜簇的光物理性质,尤其是配体到铜-铜的电荷转移,进而可控调节光色。由于铜纳米簇自组装材料拥有强荧光、优异的稳定性以及光色连续可调的组装诱导发光特性,被用作制备白光光发射二极管的颜色转换层材料。在第四章中,我们巧妙地利用两相反应体系刻意构造出了铜纳米簇自组装材料的表层金属缺陷。金属缺陷对自组装材料的能级有显著影响,进而影响激子辐射跃迁动力学过程,以及表现出来的材料光物理性质。进一步研究表明表层缺陷拥有相对浅能级以及多级亚能级结构,拓宽了荧光发射的光色范围,从蓝光变化到红光跨度高达160纳米。更重要的是,通过简单调节表层金属缺陷与深层金属缺陷的比例,就可以实现发光颜色由黄到红的连续变化。基于铜纳米簇的全色发射,我们设计构筑了拥有不同色温的(冷白,正白,暖白)白光发射二极管器件,验证了在照明领域的应用潜力。
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