今日Science:突破激子扩散长度-200nmPDHF纤维

【引言】

由于能量障碍约束，大多数有机薄膜半导体仅有约10nm的短激子扩散长度。相反，已知纯化单晶中单重态激子的扩散范围要大得多（高达220nm）。然而，在这些情况下，这些材料的尺寸通常是多分散的并且加入器件中有一定的问题。因此器件开发依赖于开发均匀的纳米结构的能力，所述纳米结构适合于处理并且能够支持远程激子扩散。

【成果简介】

剑桥大学Richard H. Friend，布里斯托大学George R. Whittell，Ian Manners教授（共同通讯作者）以及第一作者Xu-Hui Jin在Science发表一篇题为“Long-range exciton transport in conjugated polymer nanofibers prepared by seeded growth”的文章。Jin等人由聚乙二醇和聚噻吩的电晕包围的放射性芴核组成的嵌段聚合物制备纳米纤维。聚芴中产生的激子不能进入聚乙二醇层，因此扩散超过200nm。这个距离可以通过改变聚乙二醇的长度来调节，该特征可能有潜力被用于有机器件如光伏发电的开发中。

【图文导读】

图1 分段PDHF纳米纤维多步自组装

(a) 晶种生长过程以及PDHF₁₄-b-PEG₂₂₇and PDHF₁₄-b-QPT₂₂结构示意图

(b)分段B-A-B纳米纤维结构

(c)均一化吸收以及光致发光发射

图2 分段PDHF B-A-B纳米纤维在溶液中的光致发光

（a）LSCM图像，中心和末端Ln值分别为1.6μm和0.9μm

（b）具有不同A段长度的分段PDHF纳米纤维的PL光谱；在1605nm样品中直接激发QPT引起的发射尚未解决。

图3 分段PDHF B-A-B纳米纤维的瞬态光栅PL光谱和动力学

（a）具有平均A段长度为775nm的分段纳米纤维溶液（0.5mg / ml）的瞬时光栅PL时间切片显示从PDHF到QPT受体电晕的能量转移。 由于激子湮灭和淬灭至受体，核心PDHF I0-1峰发生衰变。

（b）PDHF衰减标准化PL动力学和（A）中所示光谱的QPT信号的上升。 绿线显示PDHF信号（430-460 nm）; 蓝线表示QPT PL（530nm-630nm）。 使用的溶剂是THF：MeOH 1：1。

图4 瞬态PL动力学尺寸依赖性和相应的扩散长度模型拟合

（a）PDHF PL信号（430nm-460nm）的瞬态光栅PL动力学（正方形），PL衰减时间随着片段长度的减小而减小，显示出有效的转移

（b）QPT信号上升的相应PL动力学（正方形）

（c）溶液中PDHF-b-PEG纳米纤维的瞬态光栅光谱

【小结】

溶液中的光谱测量表明，这些纳米结构在临界长度尺度上表现出与在共轭聚合物中的光吸收长度相当的远程激子输运，并且这由PDHF核心中的高度结构顺序实现。 这种扩散长度可以使得采用这些聚合物结构作为天线的光捕获装置与有限吸收的光检测器材料相耦合。

文献链接：Long-range exciton transport in conjugated polymer nanofibers prepared by seeded growth（Nature, 2018, DOI:10.1126/science.aar8104）

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