金属有機構造体を表面修飾剤とする半導体量子ドットの開発およびナノ界面の制御

使用金属有机框架作为表面改性剂和纳米界面控制的半导体量子点的开发

基本信息

批准号：
20J10602
负责人：
熊谷康平
金额：
$ 1.09万
依托单位：
Osaka University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-24 至 2022-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

【研究背景】半導体量子ドットは高効率で単色性に優れた蛍光を発する次世代材料として注目されており、粒径と組成の制御により可視から近赤外までの広い波長範囲をカバーできる。しかし、配位性有機化合物で構成される表面修飾剤は化学的ダメージを受けやすく、その結果著しい蛍光クエンチが起こることが課題となっている。【研究目的】本研究では、有機配位子に代わって量子ドットの表面を金属有機構造体（MOFs）によって強固に保護することで、量子ドット周辺部分の電子構造最適化による蛍光特性向上や、両材料が持つ光電子機能の相乗効果による新しい光物性の発現させることを目的としている。両材料を直接接触させることで、MOFsによる量子ドットの新機能発現が起こりやすい系の構築を試みた。【研究成果概要】本年度は、紫外光を吸収し、青色発光するIRMOF-3を量子ドット表面から析出させ、量子ドットがIRMOF-3に包埋された形状を有するコア／シェル型複合体を作製した。IRMOF-3から量子ドットへのフェルスター型エネルギー移動が発生していることを確認し、コア／シェル型複合体において、IRMOF-3層の体積が比較的小さい場合、量子ドットの発光増強が起こることを確認した。時間分解測定を行ったところ、エネルギー移動のドナーとしての作用により、IRMOF-3の発光寿命が低下することが確認された。フェルスター型のエネルギー移動を基に考察を行ったところ、IRMOF-3が量子ドットから数ナノメートル以内に位置するかどうかが効率的なエネルギー移動を実現する上で極めて重要であることが明らかになった。その点で、ポリマー等の緩衝層を一切設けることなく、量子ドットとIRMOF-3を直接接合させるという設計が、両者の間の距離を最小に保ち、効率的な発光増強に寄与していることが判明した。

[研究背景] 半导体量子点作为发射高效单色荧光的下一代材料而备受关注，并且通过控制颗粒尺寸和成分可以覆盖从可见光到近红外的宽波长范围。然而，由配位有机化合物组成的表面改性剂容易受到化学损伤，导致显着的荧光猝灭，这就带来了问题。 [研究目的] 在本研究中，我们将用金属有机框架（MOF）代替有机配体来强力保护量子点的表面，从而通过优化量子点周围的电子结构来提高荧光性能，目的是开发新的量子点。通过两种材料光电功能的协同效应实现光学特性。通过使两种材料直接接触，我们试图构建一个系统，其中 MOF 有助于表达新的量子点功能。 [研究成果概要] 今年，我们从量子点表面析出吸收紫外线并发射蓝光的IRMOF-3，并制作了将量子点嵌入IRMOF-3中的核/壳型复合材料。我们证实，发生了从 IRMOF-3 到量子点的福斯特型能量转移，并且在核/壳复合材料中，当 IRMOF-3 层的体积相对较小时，发生了量子点发射增强。时间分辨测量证实，IRMOF-3 的发射寿命由于其作为能量转移供体的作用而缩短。在考虑福斯特型能量转移时，很明显，IRMOF-3 是否位于距量子点几纳米的范围内对于实现有效的能量转移极其重要。在这方面，直接结合量子点和IRMOF-3而不提供任何缓冲层（例如聚合物）的设计使它们之间的距离保持在最小，并有助于有效的发光增强。