高量子效率的近红外二区荧光AgAuSe合金化量子点

来源：CBG资讯

导语

荧光发射位于900-1700 nm（第二近红外窗口，NIR-II）的量子点由于活体组织对其光子的吸收和散射效应显著降低，在生物医学成像和近红外器件等方面得到了广泛的研究。设计和合成具有高荧光量子产率（PLQY）、可调的荧光发射和良好生物相容性的NIR-II量子点具有十分重要的意义，同时具有很高的挑战。近日，中科院苏州纳米所王强斌研究员课题组首次采用合金化方法合成了系列银金硒（AgAuSe）量子点，该量子点荧光光谱在820-1170 nm可调，其中发射峰在978 nm量子点的绝对PLQY高达65.3%，为目前报道的不含毒性重金属的NIR-II量子点PLQY的记录。相关成果发表于J. Am. Chem. Soc.（DOI: 10.1021/jacs.0c13071）。

课题组自2008年成立以来，聚焦无机半导体近红外量子点可控合成、光学性质调控及其在活体成像中的应用研究，取得了系列进展：（1）首先提出和发展了一种新型的近红外二区荧光Ag2S量子点及其合成技术，利用能带裁剪理论对其光学性质进行了精确调控，并在此基础上合成了一系列窄带隙的半导体量子点；（2）“从无到有”自主开发了一系列近红外二区正置/倒置荧光显微镜、荧光共聚焦显微镜、小动物活体成像设备，为近红外二区荧光研究提供了微观、介观和宏观的跨尺度成像技术平台、（3）发展了基于近红外二区荧光Ag2S量子点的活体影像技术，实现了对活体组织原位、实时、高灵敏度和高信噪比的影像研究。这些研究结果为无机半导体纳米晶的设计、制备及其生物医学应用提供了新的思路。王强斌研究员课题组发表论文120余篇包括J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed., Adv. Mater., Nano Lett., ACS Nano, Adv. Funct. Mater.等国际知名期刊，申请专利40余项，国际专利5项。主要研究成果获2017年度江苏省科学技术一等奖。

高量子效率的NIR-II合金量子点

无机半导体量子点具有很多独特的物理化学性质，包括尺寸依赖的荧光发射、高的发光强度、高的光物理/化学稳定性和表面易功能化等，被广泛应用于发光二极管（LED）、太阳能电池、激光器和生物成像等诸多领域。因此，设计和合成具有高荧光量子产率（PLQY）、可调的荧光发射和良好生物相容性的量子点一直是研究的热点。

第二近红外窗口（NIR-II，900-1700 nm）荧光由于活体组织对其光子的吸收和散射效应大大降低，在生物医学成像和近红外LED等方面得到了广泛的研究。Ag基量子点（Ag2S和Ag2Se）是典型的不含有毒性重金属元素的NIR-II荧光探针。以Ag2Se为例，它具有窄的直接带隙（0.15 eV），是一种理想的NIR-II荧光材料。然而，Ag2Se中Ag离子的高迁移率导致大量的阳离子空位和晶体缺陷，导致Ag2Se量子点的PLQY小于5%。因此，开发一种新的策略来获得高PLQY的Ag基量子点具有重要意义。

基于此，中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所王强斌研究员和中国科学院福建物质结构研究所陈学元研究员合作，首次采用合金化的方法合成了银金硒（AgAuSe）量子点。该量子点发射峰位于978 nm，其绝对PLQY为65.3%（为目前报道的不含毒性重金属的NIR-II量子点PLQY的记录），发射半峰宽为90 nm，寿命为4.58 μs。结合变温光谱，表明该量子点PLQY增强的主要原因在于非辐射跃迁的有效抑制。进一步通过瞬态吸收光谱，表征了其激子动力学过程。这种合金化策略对不同尺寸的Ag2Se量子点具有普适性，可以在820-1170 nm范围内调节AgAuSe量子点的荧光发射光谱。这种具有无毒重金属元素的高PLQY量子点在生物成像、发光二极管和光伏器件中表现出巨大的应用潜力。