金和银纳米团簇的光学和光致发光特性

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目前的研究已经证明,银和金纳米团簇具有高效、稳定的光学与发射特性,并可通过改变其的几何构型与电子结构进行有效调节。对尺寸、形状、表面配体、电荷状态等方面的依赖性,使得这些纳米团簇应用于从生物成像到催化等广泛领域。借助量子化学方法,诸如如DFT、TDDFT和TDDFT+TB,能够从理论层面阐明其特定性质的物理根源。

在最近的一篇论文中,作者使用ADF中的TDDFT方法研究了Au14Cd(S-Adm)12的激发态势能面,从几何结构与电子态角度,阐释了实验上观察到的双发射的机理。两个发射极小值都被确定到第一电子激发态,发射间隔为0.24 eV。

Ag29(BDT)12−x(DHLA)x NCs (x = 1−6, 12)是纳米团簇发光的另一个例子,其光学性质随着配体改变(BDT改为DHLA)而改变。作者通过DFT计算,除了预测了完全取代的Ag29(DHLA)12的几何结构,还发现虽然在BP86/DZ理论水平上的TDDFT计算与实验结果相比有所低估,但使用长程修正泛函计算表明,光致发光机制可能主要由金属-金属转变产生。

在这两项研究目中,TDDFT+TB为这些纳米团簇光学性质的计算发挥了强大作用,以非常低的计算成本复现了从TDDFT获得的光谱。总之,这两篇文章概述了一种理论方法,用于理解纳米团簇与光之间的辐射相互作用,导致的几何结构和电子差异。

参考文献:

[1] S. Havenridge, C. M. Aikens, Deciphering the Dual Emission in the Photoluminescence of Au14Cd(SR)12: A Theoretical Study using TDDFT and TDDFT+TB J. Chem. Phys. 155, 074302 (2021)
[2] Y. Zeng, S. Havenridge, M. Gharib, A. Baksi, K. L. D. M. Weerawardene, A. R. Ziefub, C. Strelow, C. Rehbock, A. Mews, S. Barcikowski, M. M. Kappes, W. K. Parak, C. M. Aikens, I. Chakraborty, Impact of Ligands on Structural and Optical Properties of Ag29 NanoclustersJ. Am. Chem. Soc. 143, 9405–9414 (2021)