Автор AZoNano 12 апреля 2021 года

Ученые разработали новую стратегию создания почти бескислородных углеродных наноточек, помогающую пролить свет на роль кислорода в их оптических свойствах.

Углеродные наноточки (CND) – многообещающий тип флуоресцентного материала с потенциальным применением во многих областях, включая оптоэлектронику, фотокатализ и медицину. Однако роль кислорода в флуоресценции CND неясна, поскольку обычные методы синтеза не могут производить CND без кислорода для сравнительного анализа. В недавнем исследовании ученые из женского университета Сукмён в Корее разработали новый путь синтеза, позволяющий легко получить почти бескислородные ХНД, открыв путь к более глубокому пониманию их привлекательных свойств.

В 2004 году ученые случайно обнаружили углеродные наноточки (CND) при очистке углеродных нанотрубок, что положило начало обширным исследованиям, чтобы понять и использовать замечательные флуоресцентные свойства этих углеродных наночастиц. Благодаря своей высокой стабильности, низкой токсичности и привлекательному флуоресцентному профилю, CND являются многообещающими кандидатами для широкого спектра применений в областях оптоэлектроники, фотокатализа, фотоэлектрической энергии и даже медицины и наук о жизни.

Однако, спустя более десяти лет с момента их открытия, точные механизмы фотолюминесценции ХНА до конца не изучены. До сих пор исследователи обнаружили, что кислородсодержащие функциональные группы на CNDs ответственны за некоторые из их привлекательных оптических свойств, но точную роль кислорода оказалось трудно определить. Проблема заключается в том, что обычные процедуры синтеза ХНА включают реакции окисления или кислородсодержащих прекурсоров, в результате чего получаются наночастицы с заметно высоким содержанием кислорода. Без способа производства бескислородных ХНА невозможно провести сравнительный анализ, чтобы пролить свет на загадочное влияние кислорода на флуоресценцию ХНД.

К счастью, в недавнем исследовании, опубликованном в ACS Applied Nano Materials группа ученых из Женского университета Сукмён, Корея, решила заняться этой проблемой, которая мешала исследованиям CND. Под руководством доцента Вусунга Квона команда разработала радикально иной синтетический путь, который дает ХЗП с чрезвычайно низким содержанием кислорода. В отличие от традиционных методов, которые включают карбонизацию углеводов и органических кислот, новый подход основан на «пиролитическом декарбоксилировании ароматических карбоновых кислот». Термин «карбоновая» относится к любому веществу, содержащему карбоксильную группу (–COOH), и « «пиролитическое декарбоксилирование» означает удаление этих групп с использованием повышенных температур (от 200 до 500 ° C).

Используя этот новый путь синтеза, ученые произвели несколько партий CND из разных предшественников, варьируя при этом конкретные параметры. Это позволило им получить представление о влиянии, например, времени и температуры пиролиза. Они охарактеризовали состав ХНА и их фотолюминесцентные свойства с помощью множества экспериментальных методов, включая, помимо прочего, просвечивающую электронную микроскопию, инфракрасную и рентгеновскую фотоэлектронную спектроскопию, дифракцию рентгеновских лучей и флуорометрию.

Экспериментальные измерения на CND показали удивительно низкие отношения кислорода к углероду, которые варьировались от 10% до всего лишь 0,6%. В частности, почти бескислородные CND показали чрезвычайно высокий абсолютный квантовый выход – показатель флуоресценции, определяемый соотношением поглощенных и испускаемых фотонов. « Насколько нам известно, квантовый выход 80,4% наших CND является самым высоким для длинноволновых флуоресцентных CND, побив предыдущий рекорд 65,93% », – подчеркивает Квон. « Результаты демонстрируют осуществимость нашего нового пути синтеза для получения высоколюминесцентных ХНА. »

Команда пошла еще дальше и продемонстрировала одно из потенциальных применений своих CND. Объединив их с полиметилметакрилатом, они изготовили тонкие люминесцентные пленки, которые поглощают белый свет от светодиода и стабильно переизлучают его в диапазоне от желтого до оранжевого в видимом спектре, действуя как цветной фильтр. Это демонстрирует, как CND, которые по своей природе являются биоразлагаемыми и экологически чистыми, могут найти применение в будущих приложениях для дисплеев.

Что наиболее важно, это исследование поможет будущим исследователям углубить свое понимание того, что происходит под капотом в CNDs. Глядя в будущее, Квон комментирует последствия своих открытий: « Наше исследование дает новое понимание синтеза высоко флуоресцентных ХНА и подчеркивает серьезную необходимость дальнейшего рассмотрения влияния кислорода на химические, оптические и электронные свойства CND ». Будем надеяться, что прогресс в этой относительно молодой области поможет раскрыть потенциал ХНА как высокоэффективных флуорофоров для множества применений.

Источник: http://e.sookmyung.ac.kr/sookmyungen/index.do[19459010visible