染料敏化稀土纳米光热材料研究取得进展
文章导读
你是否好奇，科学家如何让纳米材料的光热转换效率飙升？中科院团队最新突破：通过精密设计染料敏化稀土纳米结构，成功攻克能量传递瓶颈！他们创造性地将有机染料cypate与NaNdF4纳米晶复合，利用染料高效捕获近红外光，并通过精准能量传递路径激发钕离子协同作用，使光热转换温度较单一材料提升显著。研究首次动态解析了染料-纳米晶界面的激发态动力学，揭示浓度依赖的分子聚集态对能量效率的关键影响。更令人振奋的是，该材料同步增强近红外二区发光并抑制光降解，为肿瘤精准光热治疗提供了高效稳定的诊疗一体化新利器！这项发表于《先进科学》的成果，为下一代智能光热剂设计点亮明灯。
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近红外染料敏化作用可以克服稀土离子（如Yb3+ 、Nd3+）宇称禁戒跃迁的固有局限，显著增加稀土掺杂无机纳米晶的吸收，为开发高效稀土纳米光学诊疗材料提供了新途径。目前，应用于光热转换的染料敏化稀土纳米晶的研究仍处于初步阶段，所涉及的激发态动力学及界面相互作用尚不明确。
近日，中国科学院福建物质结构研究所陈学元团队研发出一种基于染料敏化的cypate-NaNdF4复合光热材料。该复合光热材料利用大吸收截面的有机小分子染料cypate捕获808 nm近红外光，通过分子单线态向NaNdF4传递能量，结合Nd3+交叉弛豫，实现了高效光热转换，光热温度较单一cypate或NaNdF4纳米晶明显提升。研究团队通过飞秒瞬态吸收光谱监测了染料与NaNdF4纳米晶配位前后的单线态S1激子的激发态弛豫行为。借助DFT理论计算、稳态/瞬态吸收和荧光光谱，在Förster共振能量传递的理论框架下，研究揭示了cypate-NaNdF4表界面相互作用，特别是cypate分子在NaNdF4表面配位、聚集状态随cypate浓度的演变，以及染料与NaNdF4纳米晶配位对能量传递效率、光热转换效率的影响。此外，研究发现cypate对NaNdF4的敏化同时增强了近红外二区发光，抑制了染料的光降解，展示了该复合光热材料在生物诊疗领域的应用前景。
研究工作基于染料敏化稀土钕离子高掺纳米晶实现了复合材料的高效光热转换，揭示了染料分子-纳米晶界面相互作用与激发态动力学相互影响，对多功能染料敏化纳米光热剂的智能设计具有指导意义。
相关研究成果以Unveiling the excited-state dynamics and interfacial interactions in dye-sensitizedNaNdF4 nanoparticles for efficient photothermal effect为题，发表在《先进科学》（Advanced Science）上。
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