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手性无机纳米材料圆偏振发光的研究进展

期刊:progress in chemistryDOI:10.7536/pc220315

这篇文档属于类型b,是一篇综述文章。以下是对该文档的学术报告:

作者与机构
本文由李彬、于颖、幸国香、邢金峰、刘万兴和张天永等人撰写,分别来自天津大学化工学院、天津市应用催化科学与工程重点实验室、化学与精细化工广东省实验室揭阳分中心以及聊城市非公有制企业服务中心。文章发表于《Progress in Chemistry》期刊,2022年第34卷第11期。

主题
本文综述了手性无机纳米材料在圆偏振发光(Circularly Polarized Light, CPL)领域的研究进展,重点探讨了不同类型手性无机纳米材料的CPL产生机理及其应用前景。

主要观点与内容
1. 手性无机纳米材料的CPL产生机理
手性无机纳米材料因其优异的光物理特性和广泛的应用价值而备受关注。通过手性配体修饰或与手性模板组装,手性无机纳米材料可以与光子强烈相互作用,产生圆偏振光(CPL)。CPL的产生机理主要包括圆偏振荧光(Circularly Polarized Luminescence)和圆偏振散射(Circularly Polarized Scattering),在某些情况下,这两种机理可能共存。文章详细总结了硫族半导体纳米材料、金属纳米团簇、钙钛矿、镧系配合物及其他复合纳米材料中CPL的研究进展,并探讨了不同手性无机纳米材料中CPL的主要来源。

  1. 手性硫族半导体纳米材料的CPL研究
    无机硫族半导体量子点(Quantum Dots, QDs)因其量子限域效应、可调性和光稳定性而被广泛研究。通过赋予硫族半导体QDs手性,它们可以选择性地吸收CPL,表现出圆二色性(Circular Dichroism, CD)。例如,CdSe、CdS、CdTe等无机半导体纳米颗粒的非手性核与表面手性配体发生电子耦合,手性由配体转移至无机半导体核。文章还介绍了Naito等人首次报道的具有CPL活性的无机半导体CdS QDs,以及Balaz等人通过配体交换法合成的L/D-半胱氨酸修饰的手性CdSe QDs。

  2. 手性金属纳米团簇的CPL研究
    手性金属纳米团簇的CPL机制取决于其尺寸,具有量子尺寸效应的手性贵金属纳米团簇产生的CPL主要源于圆偏振荧光机理。文章介绍了Jia等人制备的炔基保护的金纳米团簇L/D-Au10(C13H17O5)10对映异构体,以及Nakashima等人合成的Ag29(R/S-DHLA)12金属纳米团簇。此外,文章还讨论了手性金属纳米团簇的组装,通过自组装形成螺旋纳米结构,可以获得较大的各向异性因子。

  3. 手性钙钛矿的CPL研究
    金属卤化物钙钛矿的结构通式为ABX3,根据A位阳离子的种类,手性卤化物钙钛矿可分为手性全无机钙钛矿和手性有机-无机杂化钙钛矿。文章介绍了Luther等人以不同比例的R/S-2-氨基辛烷和油胺作为表面配体辅助合成的FAPbBr3胶体纳米晶,以及Duan等人研究的非线性CPL光学过程。此外,文章还讨论了手性钙钛矿薄膜的荧光量子产率(Photoluminescence Quantum Yield, PLQY)、磁跃迁偶极矩和发光各向异性因子|gcpl|值。

  4. 手性镧系配合物的CPL研究
    镧系离子具有优异的发光性能,从紫外区到近红外区都具有可识别的发射波长和长荧光寿命。文章介绍了Harada等人报道的具有九配位和八配位结构的Eu(III)配合物的CPL活性,以及Samuel等人将刚性手性四齿配体嵌入Tb(III)配合物中以提高CPL强度的研究。此外,文章还讨论了手性镧系元素磷酸盐纳米晶的CPL性质。

  5. 手性纳米复合材料的CPL研究
    实现高效CPL是手性光子学领域的热点研究内容,提高各向异性因子|gcpl|是目前设计CPL活性材料的首要目标。文章介绍了Zhao等人报道的Au@SiO2三角形纳米棱柱和不同荧光团在手性纤维素纳米晶薄膜中自组装构建的新型金属增强CPL薄膜,以及Li等人将无机钙钛矿纳米晶嵌入到两层相反的手性胆甾超结构堆叠中组成的CPL系统。此外,文章还讨论了通过自组装形成超分子的方法获得具有CPL活性的手性复合纳米材料。

意义与价值
本文系统总结了手性无机纳米材料在圆偏振发光领域的研究进展,详细探讨了不同类型手性无机纳米材料的CPL产生机理及其应用前景。通过对手性硫族半导体纳米材料、手性金属纳米团簇、手性钙钛矿、手性镧系配合物及手性纳米复合材料的研究,文章为揭示新型手性无机纳米材料的CPL发射机理提供了重要参考。此外,本文还提出了未来研究的方向,包括将具有稳定性的无机小分子组装成高度有序的纳米结构、采用合适的分子对镧系元素离子加以保护、以及制备可调谐的CPL活性材料等。这些研究成果有望在量子计算、光学数据存储、信息加密、3D显示器和光学传感等多个领域得到广泛应用。

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