碳纳米点发光动力学研究取得进展

　　近日，中国科学院长春光学精密机械与物理研究所曲松楠研究员课题组与荷兰阿姆斯特丹大学张宏教授合作，利用偏振相关的飞秒瞬态吸收光谱技术，研究了杂元素掺杂碳纳米点各项异性的发光以及碳纳米点偶极与极性分子偶极之间的相互作用，分析了其偶极发光中心的来源。

　　碳纳米点具有高的荧光量子效率、优良的光稳定性、好的生物相容性、低毒性、低成本等优点，已经被应用于生物荧光标记、光催化、电致发光、太阳能电池等领域。人们利用方位角偏振光（APLB）激发单个碳纳米点，观察到哑铃状图案，证实其发光自于一个固定的偶极。

　　论文第一作者副研究员景鹏涛介绍道，具有偏振发光特性的碳纳米点，有希望应用与偏振调制的超分辨荧光显微成像。然而碳纳米点的发光来源尚存在争议，特别是其各项异性的发光起因尚不清楚，极大地限制了碳纳米点的发展及应用。高荧光量子效率的碳纳米点在合成过程中通常需要引入氮、氧等掺杂原子，这些掺杂原子极有可能会导致碳纳米点各项异性的发光。因此，研究掺杂碳纳米点各项异性发光的来源，将有助于我们认识其发光机理。

　　科研人员利用偏振相关的飞秒瞬态吸收光谱，观察到碳纳米点各项异性的吸收与受激发射，及碳纳米点偶极与溶剂分子偶极相互作用的动力学过程，证明了碳纳米点中具有一个固定的偶极中心。当偏振的飞秒脉冲光激发碳纳米点，在碳纳米点中产生一个电子—空穴对，即产生偶极，打破了碳纳米点与极性溶剂分子在基态时的平衡，碳纳米点周围的极性溶剂分子将快速地转动以适应碳纳米点中偶极的变化，降低体系的能量，导致发光峰的红移，这种现象称为溶剂化过程。

　　景鹏涛说：“实验中，我们观察到碳纳米点受激发射峰随时间的红移过程，通过分析可以得到水的溶剂化时间常数约为1 ps，改变溶剂中水的比例及黏度，溶剂化过程的时间常数通常在1-20 ps。证明碳纳米点偶极与极性溶剂分子偶极之间的相互作用，碳纳米点各项异性的发光特性预示其在偏振发光二极管、超分辨成像等领域具有潜在的应用价值。”