张弛院士团队应用卟啉轴向修饰实现钙钛矿纳米晶非线性光学吸收性能极大增强
日期：
2025-03-13
浏览次数:
529
非线性光学吸收材料在光限幅、脉冲激光生成与放大、光开关、人工智能光子芯片等领域具有极为重要的应用价值。全无机卤素钙钛矿纳米晶因其纳米尺度表现出固有的富表面特征、量子限域效应、易于调谐的带隙和高载流子迁移率等特性，在非线性光学材料领域具有广泛的应用前景和开发潜力。然而，纳米晶表面大量的缺陷位点和长链配体较弱的电荷传输能力，降低了钙钛矿量子效率并提高了基态跃迁势垒，极大削弱了其三阶非线性光学性能。探索设计制备具有低密度缺陷和优异电荷传输性能的钙钛矿纳米晶是当前开发高性能钙钛矿基非线性光学材料的重要挑战和关键技术难题。欧洲科学院院士、德国国家工程院院士、同济大学化学科学与工程学院张弛教授团队提出了一种基于芳香配体交换和星型卟啉轴向配位的复合创新策略，实现了钙钛矿纳米晶三阶非线性光学吸收性能的极大提升，为高性能光子器件的研发提供了新的方向。相关成果“Greatly enhanced ultrafast optical absorption nonlinearities of pyridyl perovskite nanocrystals axially modified by star-shaped porphyrins”昨日以研究论文(Edge Article)的形式发表于国际化学领域知名期刊《化学科学》(Chemical Science)上。该研究团队采用芳香化合物4-(氨基甲基)吡啶(PyMA)作为表面配体，部分取代钙钛矿纳米晶上的长链油胺，制备了吡啶基CsPbBr3钙钛矿纳米晶材料；同时精心设计了一种星型结构的锌卟啉三取代均三氮杂蔻化合物(ZnPr)，通过ZnPr中Zn原子与吡啶基钙钛矿纳米晶中的吡啶N原子轴向配位，成功构建了新型卟啉-吡啶基钙钛矿纳米晶杂化材料。实验结果显示，该杂化材料在可见光至近红外波段的飞秒(fs)激光辐照下，表现出超强的三阶非线性光学吸收性能，其非线性吸收系数(β = 1150.47×10−3 cm GW−1)比原始的CsPbBr₃纳米晶(β = 117.52×10−3 cm GW−1)提高了近10倍；其光限幅阈值仅为1.8 mJ cm⁻2，远小于多数类似的量子点、二维材料、纯有机化合物，表现出在高功率激光防护和光限幅器件领域巨大的开发潜力。研究团队通过梯度调节4-(氨基甲基)吡啶配体的浓度，采用热注入法制备了不同含量PyMA的吡啶基钙钛矿纳米晶(PyMA-CsPbBr3-NC)。核磁共振氢谱和红外光谱证实了PyMA配体的成功引入，X射线衍射技术验证了该配体没有破坏纳米晶的晶体结构。高分辨透射电镜揭示了PyMA含量的提升可以显著促进钙钛矿纳米晶的大尺寸生长，这源于PyMA相比油胺更小的空间位阻。研究团队进一步通过紫外吸收和瞬态荧光光谱筛选出最佳PyMA浓度的吡啶基钙钛矿纳米晶(0.25 PyMA-CsPbBr3-NC)，并在此基础上，引入新型星型卟啉—锌卟啉三取代均三氮杂蔻化合物(ZnPr)，利用Zn原子与吡啶N原子的轴向配位，成功合成了卟啉-吡啶基钙钛矿纳米晶杂化材料(ZnPr-0.25 PyMA-CsPbBr3-NC)。他们使用经典的Z扫描技术探究了该材料在飞秒激光下的非线性吸收行为，研究表明，在515 nm飞秒激光下该材料显示出明显的饱和吸收行为，而在800 nm激光下则转变为反饱和吸收行为，并伴随有能量依赖特性。对应的非线性吸收系数均优于原始的CsPbBr3钙钛矿纳米晶。双光子荧光光谱证实了该材料在800 nm激光下的反饱和吸收行为起源于双光子吸收机制，而PyMA吡啶配体的引入，有效钝化了钙钛矿缺陷，降低了纳米晶表面的陷阱态密度，增强了钙钛矿基态偶极矩，从而促进双光子吸收性能的显著提升；瞬态吸收光谱测试表明，PyMA与ZnPr中Zn原子的有效配位，星型卟啉从轴向位锚定于钙钛矿表面，显著增强了卟啉组分与钙钛矿纳米晶之间的电荷传输，且该星型卟啉大尺寸特性也保护了内部纳米晶组分免受外界空气和水分的侵蚀，提高了材料结构稳定性；变温荧光光谱也证实，ZnPr和PyMA的双重修饰，有效强化了钙钛矿纳米晶的激子结合能。因此，这三大因素协同贡献了该杂化材料优异的三阶非线性光学吸收性能和卓越的光限幅能力。研究团队表示，该研究工作所提出的这一复合创新策略，可进一步拓展至不同组分的钙钛矿纳米晶材料，这有望为钙钛矿纳米晶的多时域宽带超快非线性光子器件的开发应用提供新的见解和更多可行的范例。
Hot News
/
相关推荐
2026
-
09
-
03
点击次数:
46
来源：X-MOL共价可适应网络因其在可持续材料设计中的潜力而备受关注，但它们常常难以平衡机械稳健性与高效的自愈能力，或缺乏集成的光功能性。本文介绍通过三能级动态网络策略构建的鑭系配位超分子聚合物（Ln-Bpy-HTIP）。羟基端聚丁二烯（HTPB）软段的链间相互作用和纠缠结构作为基本承载层（I 级），聚氨酯氢键作为能量耗散和可重构层（II 级），镧系-双吡啶配位键则作为动态交联层（III 级）和发...
2026
-
09
-
02
点击次数:
65
来源：X-MOL一系列新的鑭系物 2,2′-双吡啶-4,4′-二羧酸盐 [Ln2（phen）2（bpdc）3（H2O）2]n {Ln= Sm （1）， Eu （2）， Gd （3）， Tb （4）， Dy （5）， Ho （6）， Er （7）， Tm （8）;phen = 1,10-苯舧啶;H2bpdc = 2,2′-双吡啶-4,4′-二羧酸}，通过π共轭苯作为色团进行热液合成并结构表征。1∼8...
2026
-
09
-
02
点击次数:
67
来源：X-MOL本研究发现了一种新型低对称性镧系钛簇（Ln4Ti14），其簇核具有Janus分布。Ln4Ti14纳米簇通过逐步组装形成，并被致密的配体保护层包裹，从而确保其在溶液中的稳定性。通过改变Ln(III)离子，可以轻松控制能量转移路径，从而实现高分辨率生物光学成像和光动力疗法（PDT）之间的切换。具体而言，Eu4Ti14具有高效的天线效应，能够发出明亮的Eu(III)特征发射，并可用于活细...
2026
-
09
-
01
点击次数:
84
来源：X-MOL纳米技术的快速扩展和进步为多种疾病的诊断和治疗带来了潜在应用。近年来，由于铈氧化纳米颗粒（CeO2 NPs）具有独特的物理和化学特性，如高抗氧化活性、酶类模拟活性和良好的生物相容性，已被广泛研究和应用于生物系统。本综述总结了功能化 CeO2 NP 在抗癌活性、抗感染、抗炎、抗氧化活性、伤口愈合、神经保护及影像应用领域的最新研究进展。研究探讨了其作用机制及潜在的临床应用前景，以及关于...