段鹏飞课题组Adv. Mater：在上转换圆偏振发光研究方面取得新进展

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自从上转换圆偏振发光（UC-CPL）这一概念提出至今，基于不同发光机制的UC-CPL已经被一一报道，受到了广泛的关注。然而目前所得到的发光不对称因子(glum)普遍较低，所以寻找一种能够提升UC-CPL的发光不对称因子，并兼具良好发光效率的方法，已经成为上转换圆偏振发光领域最重要的问题。
　　近日，国家纳米科学中心段鹏飞研究员团队发现将上转换纳米粒子（UCNPs）和钙钛矿纳米晶（CsPbBr3）分散进手性向列相液晶（N*LC）中，通过粒子间发生的能量转移过程，能够实现glum数值高达1.1的上转换圆偏振发光（图1）。在这个过程中，CsPbBr3的发光恰好位于光子禁带的中心，因此获得的上转换圆偏振光具有最高的glum值。更重要的是，UCNPs的发光由于处在光子禁带的边缘而被显著增强，并且能够通过辐射能量转移过程进一步增强CsPbBr3的发光。这种设计有效地克服了光子禁带中心对发光的抑制，使得CsPbBr3的上转换圆偏振发光在具备高glum值的同时还具有较强的发光强度。此外，CsPbBr3的上转换圆偏振发光和能量转移过程都能够通过电场和外力进行调控。相关研究成果发表在最新一期Advanced Materials上（Adv. Mater. 2020, 32, 2000820）。

                                                                  图1. CsPbBr3和UCNPs在手性向列相液晶中发生辐射能量转移过程的示意图　
　　近几年，段鹏飞研究团队在构筑高效圆偏振发光材料的研究中取得重要系列进展，实现了各种光物理过程直接对发光物质的激发态手性进行调控，从而发展了多种调制CPL发光性质的方法。近日，研究团队受邀在Accounts of Chemical Research（2020, DOI: 10.1021/acs.accounts.0c00112）上发表了题为“New perspectives to trigger and modulate circularly polarized luminescence of complex and aggregated systems: energy transfer, photon upconversion, charge transfer, and organic radical”的综述文章，对研究团队近几年在圆偏振发光过程的光物理调控等方面的研究工作进行了总结和展望。能量转移、基于三重态-三重态湮灭的光子频率上转换、分子间电荷转移和有机自由基发射等，这些光物理过程可以对单重、双重以及三重激发态手性产生显著的影响。通过对这些光物理过程的调控，可以实现圆偏振发光不对称因子的显著放大(图2)。通过光物理过程对手性系统激发态的直接调控，为了解和调节CPL性质提供了一个新的研究视角，并将有助于开发智能手性光学材料。

　　

                                                               图 2. 各种激发态的不同光物理过程对其手性的影响以及对CPL性质的调控
　　以上研究工作得到了国家自然科学基金，中科院先导专项B，科技部重点研发计划等项目的支持。


      文章来源：国家纳米科学中心
      段鹏飞，国家纳米科学中心研究员。2011年在中国科学院化学研究所获得博士学位，导师刘鸣华研究员。2011年11月至2013年11月受日本学术振兴会（JSPS）资助在日本九州大学从事博士后研究工作，合作教授Nobuo Kimizuka；2013年12月至2015年10月受聘于日本九州大学“Center for Molecular System”，担任助教。 2015年11月进入国家纳米科学中心工作，被聘为“百人计划”研究员。研究领域为分子/纳米光化学与物理。至今在J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem. Int. Ed.等国际一流期刊上发表论文30余篇，申请日本和国际专利3项。