金屬納米團簇是是一種新型無機納米材料，它是指在特定的配體分子(如硫醇、高分子聚合物、
蛋白質)保護下形成的由幾個到上百個金原子組成的分子級聚集體。其粒徑一般小于3nm，介于單個金原子和大顆粒金納米粒子之間。
近年來，金屬納米團簇由于其高光學穩定性和良好的發光性能在生物醫學，環境科學等領域展現出廣闊的應用前景。近紅外發射的金納米團簇在生物領域具有潛在的應用價值，但這些團簇的近紅外發光量子產率(PLQY)通常較低(<10%)。
中國科學技術大學教授周蒙課題組與清華大學教授王泉明團隊合作，在溶液中實現了金屬團簇>99%量子產率的近紅外發光，并揭示了其三重態發光機制，解決了這一方向的難題。研究通過銅摻雜合成Au16Cu6團簇，發現其在室溫無氧溶液中表現出>99%的PLQY。近100%PLQY團簇的制備，有助于進一步開發高近紅外發光量子產率的金屬團簇。
該研究合成了Au22(tBuPhC≡C)18(Au22)及其銅摻雜對應團簇Au16Cu6(tBuPhC≡C)18(Au16Cu6)，并探討了其光物理性質。單晶X射線衍射結果分析表明，Au22和Au16Cu6具有相似的結構。研究對這兩個團簇進行基本的發光性質表征發現，Au22的發光峰位于690nm，Au16Cu6的發光峰位于720nm。研究在空氣條件下利用絕對法測得Au22和Au16Cu6的PLQY分別為9%和95%，在無氧溶液中通過絕對法和相對法測得Au16Cu6的PLQY均達到100%。時間相關單光子計數測得Au22和Au16Cu6的發光壽命分別為485ns和1.64μs。
該工作通過瞬態吸收
光譜進一步研究兩種團簇的激發態動力學，發現兩種團簇的發光態均來自于三重激發態(T1)，并在飛秒瞬態吸收光譜中觀察到不同的動力學過程。在380nm激發下，Au22表現出148 ps的上升過程，而Au16Cu6表現出0.5ps的快速下降過程。研究通過三重態敏化實驗證明，這兩個過程可歸屬于S1→T1的系間竄躍(ISC)。銅摻雜使得Au16Cu6具有更小的?EST，顯著加快了其ISC的速率，因此Au16Cu6展現出接近100%的PLQY。
相關研究成果于近日以Near-unity NIR phosphorescent quantum yield from a room-temperature solvated metal nanocluster為題，發表在《科學》(Science)上。
參考來源： 中國科學技術大學
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