中國粉體網(wǎng)訊  自2002年碳納米管的熒光特性首次被觀測到以來，熒光光譜已經(jīng)被廣泛地應(yīng)用于表征碳納米管的原子結(jié)構(gòu)、光電子和物理特性。不同于其他熒光材料，對于一維碳納米管而言，因為其發(fā)光波長和吸收波長存在嚴(yán)重的重疊，即斯托克斯位移非常小，所以光子再吸收效應(yīng)將對熒光產(chǎn)生嚴(yán)重影響，直接導(dǎo)致了碳納米管的熒光光譜形狀和熒光強(qiáng)度強(qiáng)烈地依賴于碳納米管的濃度。這個問題使得熒光光譜定量表征碳納米管的碳原子含量、本征熒光量子效率等變得非常困難。

近期，中國科學(xué)院物理研究所/北京凝聚態(tài)物理國家研究中心先進(jìn)材料與結(jié)構(gòu)分析實驗室副研究員魏小均、研究員劉華平和日本產(chǎn)業(yè)技術(shù)綜合研究所首席研究員Hiromichi Kataura等合作，在碳納米管熒光量子效率研究方面取得進(jìn)展。研究團(tuán)隊基于凝膠色譜分離技術(shù)制備了不同手性的碳納米管材料（圖1），并定量解析了碳納米管熒光光譜中的光子再吸收效應(yīng)（圖2和圖3）。隨后基于再吸收效應(yīng)修正了不同手性碳納米管的本征熒光量子效率（圖4和表1），并首次通過實驗揭示了碳納米管熒光量子效率和能帶結(jié)構(gòu)的依存關(guān)系（圖5）。實驗結(jié)果表明：（i）由能帶結(jié)構(gòu)所支配的光學(xué)聲子的馳豫過程是決定碳納米管熒光量子效率的主要因素；（ii）具有類似直徑的碳納米管，因為手性和能帶結(jié)構(gòu)的不同，其熒光量子效率存在數(shù)量級的差異。

此項工作不僅解決了如何使用熒光光譜定量表征碳納米管熒光量子效率、各種手性碳納米管含量分布等的瓶頸問題，而且為今后如何選取具有本征優(yōu)異光電性質(zhì)的單一手性碳納米管，發(fā)展高性能光電子器件、生物成像、分子探測等應(yīng)用提供了重要指導(dǎo)作用。

該工作以Photoluminescence Quantum Yield of Single-Wall Carbon Nanotubes Corrected for the Photon Reabsorption Effect 為題，發(fā)表在《納米快報》雜志上。這項研究得到國家自然科學(xué)基金（51820105002, 11634014, 51872320）、科技部國家重點研發(fā)計劃（2018YFA0208402）等的支持。

圖1：基于凝膠色譜分離技術(shù)制備的不同手性碳納米管材料。

圖2：碳納米管光吸收和熒光特性的濃度依存性。

圖3：本征的、再吸收的和觀測到的熒光光譜解析。

圖4：不同手性碳納米管熒光光譜積分強(qiáng)度的濃度依存性。

  表1：不同手性碳納米管的結(jié)構(gòu)參數(shù)和每個碳原子熒光量子效率。

圖5：碳納米管熒光量子效率的手性依存性。

（中國粉體網(wǎng)編輯整理/墨玉）

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