Upconversion (UC) luminescens är en process som omvandlar lågenergifotoner till högre energikällor med lovande tillämpningar inom olika områden. Men kända UC-mekanismer fokuserar huvudsakligen på energiöverföringsprocesser mellan metalljoner, medan organiska liganders roll behöver utforskas.
Lantanid-organiska sammansättningar konstruerade genom koordinationssammansättning har väckt stor uppmärksamhet inom supramolekylär kemi på grund av deras breda tillämpningar inom avkänning, bioavbildning och cancerterapi. Begränsad av långdistansenergiöverföring av sensibilisator och aktivator, är det mycket utmanande att uppnå UC i flerkomponentslantanid-organiska sammansättningar.
I en studie publicerad i Journal of American Chemical Society , forskargruppen ledd av prof. Sun Qingfu från Fujian Institute of Research on the Structure of Matter av den kinesiska vetenskapsakademin föreslog exciterad-multimer-medierad supramolekylär UC på multikomponent-lantanid-organiska sammansättningar.
Forskarna fann att subtil variation av ligandens perifera substituenter inducerade metallcentrerad stereokonfigurationskontroll och gav upphov till två topologiska Ln8 L12 -typ (Ln för lantanidjon; L för organisk ligand L1 eller L2 R/S lantanid-organiska komplex. Kärnmagnetisk resonans, elektrosprayjoniserings-time-of-flight-masspektrometri och röntgenkristallografi bekräftade bildandet av romboedriskt Ln8 (L1 )12 och oktaedrisk Ln8 (L2 R/S )12 .
Fotofysiska studier på lantanid-organiska sammansättningar visade mycket effektiv sensibiliserad Eu 3+ , Sm 3+ och Yb 3+ för den homometalliska Ln8 L12 genom den traditionella antenneffekten. Supramolekylära lantanid-organiska sammansättningar av denna pseudokubstruktur uppvisade ett sällsynt exempel på sammansättningsinducerade exciterade multitimertillstånd genom att undertrycka intramolekylär orientering och vibration.
Trots de stora Ln···Ln-avstånden (> 1,4 nm) i komplexen är Yb8 (L2 )12 sammansättning visade aldrig tidigare skådad uppkonverterad multimer grön fluorescens (500 nm) under 980 nm excitation. Ett kvadratiskt beroende av UC-intensiteten på lasereffekttätheten sammanfaller med den förväntade två-foton-UC-mekanismen. Dessutom kan energierna från exciterade multitimertillstånd överföras till den delvis dopade Eu 3+ joner i heterometalliska (Yb/Eu)8 L12 sammanställningar, förverkliga de uppkonverterade röda utsläppen av Eu 3+ via exciterad-multimer-medierad kooperativ sensibilisering UC.
Forskarna observerade ingen detekterbar Eu 3+ -centrerad UC-emission i blandningar efter montering av 7 ekv. Yb8 L12 och 1 ekvivalent av Eu8 L12 under 980 nm excitation, vilket bekräftar att Yb 3+ → Eu 3+ energiöverföring är en intramolekylär snarare än intermolekylär UC-process.
Denna studie ger en ny strategi för att designa UC-material, vilket är avgörande för att utnyttja fotofunktioner hos flerkomponentslantanid-organiska komplex.
Mer information: Xiao-Fang Duan et al, Excited-Multimer Mediated Supramolecular Upconversion on Multicomponent Lanthanide-Organic Assemblies, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c06775
Journalinformation: Tidskrift för American Chemical Society
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
