Анионное органическое покрытие усилило фотолюминесценцию наноалмазов до 247 раз в суспензии

Группа исследователей под руководством Маллори Сапаты и Мин Ли Тан сообщила о влажно-химической обработке поверхности, которая повысила фотолюминесценцию наноалмазов до 247 раз при непрерывном возбуждении. Работа опубликована в Discover Sensors, о ней пишет bioengineer.org bioengineer.orgbioengineer.orgbioengineer.orgОткрыть источник ↗. Когда наноалмазы размером 50 нанометров в гексане смешали с 0,2 молярным бис(триметилсилил)амидом лития, излучение на 637 нанометрах выросло в 247 раз при возбуждении 488 нанометров и в 136 раз при 532 нанометрах по сравнению с необработанным контролем. По данным авторов, это наибольшее зафиксированное к настоящему времени увеличение яркости наноалмазов.

Почему важна яркость наноалмазов

Наноалмаз состоит из инертного кристаллического углеродного ядра и химически активной поверхности, на которой могут находиться азотно-вакансионные центры. Они существуют в положительном, нейтральном и отрицательном зарядовых состояниях. Положительное состояние не люминесцирует, нейтральное и отрицательное излучают. Отрицательно заряженный центр можно оптически спин-поляризовать при комнатной температуре зелёным лазером, что важно для квантовых сенсоров и квантовой обработки информации. По данным исследования, широкому применению мешала низкая люминесценция необработанных наноалмазов.

Метод нанесения покрытия и измерения

Частицы получили синтезом при высоком давлении и высокой температуре с содержанием азота 100–200 ppm, и они содержали как H3-центры, так и азотно-вакансионные центры. Их очистили в смеси серной и азотной кислот при 90 °C в течение 10 часов, после чего на поверхности остались карбоксильные и гидроксильные группы. Бис(триметилсилил)амиды лития, натрия и калия добавляли в перчаточном боксе при минус 78 °C. Основание отщепляет протоны от поверхностных групп, а еноляты, образующиеся при побочных реакциях тетрагидрофурана, оседают на гранях и формируют отрицательно заряженную органическую оболочку.

Усиление зависело от растворителя и противоиона. В тетрагидрофуране литиевое основание дало рост в 36 и 34 раза при 488 и 532 нанометрах, натриевый и калиевый аналоги — в 31 и 14 раз. Максимум в 247 раз получен в сухом гексане после восьми часов реакции. Фон контрольных растворов основания вычитали bioengineer.orgbioengineer.orgbioengineer.orgОткрыть источник ↗.

Просвечивающая электронная микроскопия показала частицы размером 50–100 нанометров с межплоскостным расстоянием 2,22 ангстрема. По данным инфракрасной спектроскопии, валентное колебание карбонила сместилось с 1770 до 1570 обратных сантиметров. В диметилсульфоксиде дзета-потенциал изменился с минус 38 до минус 8,5 милливольта, затем установился между минус 15 и минус 23 милливольтами, а агрегаты около 1000 нанометров распались на коллоиды с гидродинамическим радиусом около 200 нанометров. Зонд Кельвина и фотоэмиссия показали максимум валентной зоны 3,93 электронвольта после обработки против 4,58 до неё и уровень Ферми 2,80 электронвольта против 3,65.