2023年7月27日，安徽大学朱满洲及陈爽共同通讯在Science在线发表题为「Ligand-protected metal nanoclusters as low-loss, highly polarized emitters for optical waveguides」的研究论文，该研究探索了配体保护的金属纳米簇，它可以作为波导进行强、稳定和可调的发射。

两个合金配体保护的金属纳米簇，Pt₁Ag₁₈和AuₓAg₁₉₋ₓ（7≤x≤9），进行合成和结构测定。两种纳米团簇的晶体均表现出优异的光波导性能，光损耗系数为5.26×10⁻³和 7.77×10⁻³dBμm⁻¹，低于大多数无机、有机和混合材料。Pt₁Ag₁₈化合物的晶体堆积和分子取向使其极化率高达0.91。聚合使Pt₁Ag₁₈和 AuₓAg₁₉₋ₓ纳米团簇的量子产率分别提高了115倍和1.5倍。这种低损耗、高极化的光子团簇为有源波导和极化材料提供了一个通用的、通用的平台。

光波导系统可以由基于折射率变化的被动元件（如光纤）或产生增益或引入非线性光学效应以放大信号的主动元件组成。对于分子有源光波导，偶极子的取向会影响光子的传输方向。已报道的有源波导材料，如有机发色团、混合材料和聚合物材料，都存在损耗高、合成复杂和产量低等缺点。配体保护金属纳米簇（LPMNCs）由几个到几百个金属原子和表面配体组成，适合用作光波导材料。它们具有强烈、稳定和可调的发射，良好的光稳定性，较大的斯托克斯偏移和较高的量子产率（QYs），并且可以高纯度和高产量合成。对于波导应用，聚集诱导发射增强（AIEE）可进一步增强 LPMNCs 的光致发光（PL）。

Pt₁Ag₁₈的晶体结构 | 图源：Science

该研究报告了[Pt₁Ag₁₈(S-Adm)₂(DPPP)₆Cl₆](SbF₆)(AgCl₂)（以下简称 Pt₁Ag₁₈，其中S-Adm为金刚烷硫醇，DPPP为1,3-二苯基膦丙烷）和[AuₓAg₁₉₋ₓ(S-Adm)₂(DPPP)₆Cl₆](ClO₄)₃（以下简称 AuₓAg₁₉₋ₓ，其中 7 ≤ x ≤ 9），它们都具有棒状结构和强烈的发射特性。Pt₁Ag₁₈ 和 AuₓAg₁₉₋ₓ的发射光谱分别以 600纳米和770纳米为中心，呈橙色和红色。Pt₁Ag₁₈ 和 AuₓAg₁₉₋ₓ的偏振比分别为0.91和0.17，这归因于它们晶体结构和堆积模式的不同。两种 LPMNCs都显示出聚集诱导发射增强（AIEE），即Pt₁Ag₁₈和AuₓAg₁₉₋ₓ在固态下的QY分别是溶液中的115倍和1.5倍。研究人员认为，Pt₁Ag₁₈ 和AuₓAg₁₉₋ₓ以及其他 LPMNC 可应用于光电器件。

该研究合成并表征了配体保护的Pt₁Ag₁₈ 和AuₓAg₁₉₋ₓ NCs，并研究了它们的光波导特性。这两种NC都由一个二十面体 M13 内核、两个冠状 M₃C₁₃(SR)₁ 主链基团和六个DPPP配体组成。Pt₁Ag₁₈和AuₓAg₁₉₋ₓ NCs 晶体具有优异的光波导性能，这主要归功于它们对非辐射转变的抑制、致密的晶体堆积和较大的斯托克斯位移。此外，还研究了其他数控材料的光波导性能，发现了配体保护的原子精密数控材料的普遍性。总之，这些结果表明，Pt₁Ag₁₈和AuₓAg₁₉₋ₓ NCs有潜力用于光通信和微型光电器件。这种低损耗、高偏振的光子团簇为有源波导和可偏振材料提供了一个通用的多功能平台。

论文链接：

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh2365

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