氧化石墨烯@锌酞菁纳米杂化材料的光物理性质研究

【作者】 宋微娜； 魏立国； 董永利； 吴谊群； 贺春英；

【机构】 黑龙江科技大学环境与化工学院； 黑龙江大学化学化工与材料学院；

【摘要】 以球形石墨粉为原料制备的氧化石墨（GO）作为基底,利用N’N’-二环己基碳酰亚胺为缩合剂将四-[2-（2-（2-羟基）乙氧基）乙氧基]乙氧基锌酞菁（ZnPc4TG）接枝到氧化石墨烯纳米片上,获得氧化石墨烯@锌酞菁（GO@ZnPc4TG）纳米杂化材料。利用SEM、XRD、Raman、FT-IR和XPS等分析技术对纳米材料结构进行了表征,并应用紫外-可见光谱、稳态、瞬态荧光谱和激光闪烁光解析谱研究了杂化材料的光物理性质。材料结构表征结果表明,设计合成的GO@ZnPc4TG杂化材料具有少层石墨烯结构特征,ZnPc4TG以花团簇形结构均匀地生长在氧化石墨烯的表面层上,如图1a所示。基于GO@ZnPc4TG复合系统光物理过程研究表明,受激发光辐照后,杂化物系统中酞菁部分荧光发色团受激形成¹ZnPc4TG单重第一激发态分子,并发生从¹ZnPc4TG部分到GO部分皮秒量级的分子内光诱导电子/能量转移,这引起¹ZnPc4TG分子荧光淬灭以及皮秒量级单重激发态电荷分离态（ZnPc4TG）_y⁺-GO^y--¹（ZnPc4TG）_x-y的布居和接下来快速的电荷复合（ZnPc4TG）-GO-¹（ZnPc4TG）_x-y。而未被淬灭的酞菁单重激发态分子能够通过荧光发射回到基态,或者发生纳秒量级的系间穿跃至最低三重激发态T₁并最终回到基态（图1b所示）。其次,由于发生三重态电荷转移所需的吉布斯自自由能为正,因此系间穿跃后所形成的（ZnPc4TG）_y-GO-³（ZnPc4TG）_x-y无法再次发生从³ZnPc4TG到GO的电荷转移而生成三重激发态的电荷分离态,则（ZnPc4TG）_y-GO-³（ZnPc4TG）_x-y态分子可以发生分子间碰撞并发出延迟荧光、或者与实验溶剂中的O分子形成单线态氧原子、或者通过发生磷光和以无辐射跃迁最终回到基态,（ZnPc4TG）_y-GO-³（ZnPc4TG）_x-y态分子也可以再次受激发后发生反饱和吸收,图1c所示。因此,设计合成的GO@ZnPc4TG纳米杂化材料有望应用于光电转化材料和光限幅材料研究领域。更多还原