山大蔡彬教授、邹桂征教授与合作者 Angew: 量子点的粒子间电荷转移产生电化学发光的直接实验验证

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近几十年来，量子点(Quantum Dot, QD)的发光特性已被广泛用于LED、太阳能电池和生物医学诊断等领域。QD的发光不仅可以通过光激发和电激发产生，还可以通过电化学方法激发并使其发光，即电化学发光(Electrochemiluminescence, ECL)。自2002年Allen Bard首次发现Si QD的ECL现象以来，该领域的研究在谐调发光体和共反应剂方面实现了巨大的突破，不但大幅提高了ECL效率也促进了ECL技术的在分析检测方面的商业化。然而，相应的电化学激发机制目前尚未完全明确，使得设计新型高效率ECL器件受到了很大限制。

目前，ECL体系通常包含发光体、共反应剂和电极，相应的电生自由基之间的电荷转移是ECL激发态产生的必经之路。目前，通常认为ECL激发态的产生会有两种电荷转移路径，即粒子内电荷转移（共反应剂-到-发光体）和粒子间电荷转移（发光体-到-发光体）。对于粒子内电荷转移，激子通过基态QD与共反应剂自由基之间的碰撞产生，这已被实验广泛验证。而对于粒子间电荷转移，激子需通过QD正负自由基之间的碰撞产生，该路径目前仍然没有直接的实验证据（处于猜想阶段）。由于自由基的寿命极短，且自由扩散的自由基之间的碰撞是随机的，因此有效控制和阐明QD的ECL过程中的电荷转移机制极具挑战。

为有效识别ECL过程中的电荷转移机制，进一步阐明ECL体系中激子产生的潜在机制，近日，山东大学化学与化工学院的蔡彬教授、邹桂征教授与德累斯顿工业大学Alexander Eychmüller教授在Angew. Chem. Int. Ed.上合作发表论文，采用定量水诱导凝胶化的量子点气凝胶作为新型ECL发光体，利用量子点之间强电子耦合性质，首次获得了粒子间电荷转移的直接实验证据，并基于此提出了一种选择性增强的粒子间电荷转移的ECL增强机理。该QD气凝胶独特的网状交联结构可保证相邻QD之间的强电子耦合，进而使QD之间的电荷转移更加高效。研究表明，相较于CdSe QD，CdSe QD气凝胶的ECL效率可提高两个数量级(126倍)，证实了该粒子间电荷转移机制的有效性。为进一步验证所提出的机制，作者设计了一种CdSe-CdTe混合QD气凝胶结构，并首次对ECL的两种产生机制进行解耦。

研究表明，当采用仅适用于CdTe QD的特定共反应剂时，尽管CdSe QD中源于共反应剂的电子注入过程被完全抑制，但在CdSe-CdTe混合QD气凝胶中成功观察到了CdSe QD和CdTe QD的ECL信号，这为CdTe QD到CdSe QD的电荷转移及激子产生提供了有力的证据。该工作为设计和控制电荷转移机制提供了一种通用方法，为设计基于QD气凝胶的下一代ECL器件提供了可能性，有望突破QD电生激子的机理研究，同时为新型QD气凝胶的合成提供了一种新策略。

图1

图2

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原文链接

https://doi.org/10.1002/anie.202214487

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