研究发现了一种新型共振J聚集体在碳纳米管上的自组装，具有先进的特征和具有广泛实际应用的高潜力。近十年来，由于在高精度仪器仪表和纳米技术领域取得的进展，纳米器件离工业应用越来越近。用于创建或改进此类纳米器件的分子自然自组装，为未来的创新提供了受控和简单的制造技术。将单个分子自组装成复杂的J聚集体，其中分子被很好地排列成长长的“阶梯”形状，由于分子之间的耦合，具有独特的性质。
这种耦合促进了这种自组装内部离域电荷载流子(称为激子)的强相干共振，并且这样的激子可以很容易地在J聚集体内移动。此外，J-聚集体与其他纳米材料之间的相干耦合提供了扩展这种共振离域机会，从而为纳米光子学和光电子学中高级应用的发展提供了动力。来自阿斯顿大学研究人员和合作者首次揭示了一种在碳纳米管外壁上产生共振相干J聚集体的技术。研究发现，J聚集体非常有效地将吸收光的所有能量并转移到纳米管上。
作为这种有效能量转移的结果，J聚集体的荧光被完全猝灭，并且碳纳米管的发射得到了强烈增强。J聚集体的形成与具有弯曲分子结构并与凸形纳米管表面很好对准聚集体分子顺式异构体形式的有利自组装相关联。重要的是，研究揭示了一种独特类型的纳米材料形成，具有激子扩展共振离域的突破性功能。这一发现为在生物医学成像和治疗中自组装J聚集体与纳米管状材料的有效共振相互作用。
在用于逻辑的纳米光电子和光子器件、高速通信以及下一代电子和激子技术的物理化学勘探和纳米工程应用奠定了基础。新型纳米器件开发需要独特的功能纳米材料。此外，在一个单元中进行不同纳米颗粒的化学设计是一项复杂任务，特别是自组装J聚集体的应用，由于激子的共振离域，可以大大提高纳米材料的性能。本研究首次证明了在碳纳米管上形成共振相干的J聚集体，具有从聚集体到纳米管的高效能量转移。
聚集体吸收的所有光子能量被传递到纳米管，完全猝灭J波段发射，使纳米管光敏。总的来说，发现了两种类型J-聚集体的形成，其中一种类型与顺式异构体在纳米管表面的自组装有关，第二种类型与在没有纳米管的情况下将反式异构体自组织成游离J-聚集体有关。重要的是，碳纳米管上的J聚集体在近红外范围内具有很强的光致发光能量转移峰，在生物医学成像和纳米光电子和纳米光子器件方面具有很高的实际应用价值。
博科园｜研究/来自：阿斯顿大学
参考期刊《物理化学C》
DOI: 10.1021/acs.jpcc.9b03341
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