发光碳基纳米材料的超快动力学研究
[Abstract]:Carbon based nanomaterials, as new members of the carbon family, have aroused wide interest in research. They have strong fluorescence properties and are widely used in the fields of bioluminescence imaging, light-emitting diodes and lasers. The fluorescence of carbon based nanomaterials has the characteristics of excitation wavelength dependence and P H response. Although people have passed various technical means The fluorescence properties of carbon based nanomaterials are studied, but there are still great differences in their real luminescence mechanisms. According to different kinds of carbon based nanomaterials, the main reasons that affect the fluorescence emission of carbon based nanomaterials are as follows: quantum confinement effect, SP2 region, surface state, edge state, molecular state, crosslinking enhanced emission and huge red edge effect. In this paper, we studied the carrier dynamics process and fluorescence mechanism of carbon based nanomaterials with ultrafast time resolved spectroscopy. First, a transient absorption spectrum detection system was built by femtosecond laser, and on the basis of this device, two sets of detection systems were expanded: supercontinuous transient reflection. The system and the supercontinuous transient absorption reflection system have also built a set of time resolved light Kerr fluorescence detection system. It can detect the full spectral fluorescence of 450-700nm. The minimum response time of the system is next to 500fs.. The data processing method of time resolved signal is developed, and the square method of matrix recombination and the variable projection least square method are used. It is found that the two different algorithms can get the global optimal solution by comparison and analysis, and the time-consuming time of the calculation method of the variable projection least square method is nearly 10 times shorter. The initial nonlinear parameters and two-dimensional correlation spectra are determined. The carbon quantum dots in different acid and alkali environments are studied by transient absorption spectra. It is found that the surface state is mainly composed of carbon based skeleton edges carbon atoms and oxygen containing functional groups (epoxy, carbonyl and carboxyl groups). Through global fitting analysis, the carbon quantum dots are found in different pH aqueous solutions. There are four relaxation channels: electron electron scattering and surface state capture; optical phonon scattering; acoustic phonon scattering; electron hole recombination. In alkaline environment, the deprotonation of carboxyl changes the distribution of the pion cloud between the carbon matrix and the surface state, resulting in its easier capture in the surface state within 1 ps time. The time resolved optical Kerr fluorescence detection method studied the kinetic changes of the fluorescence spectra of carbon quantum dots in strong acidic, neutral and strong alkaline aqueous solutions and their corresponding luminescence mechanisms. The mean kinetic lifetime of the solvent in strong acidic, neutral and strong alkaline environments was divided into 11.9 PS, 7.39 PS and 2.6 PS. solvent kinetics. The process causes the peak shift of the fluorescence spectra of carbon quantum dots. In the strong acidic environment, the transition dipole moment of the surface state of the carboxyl group needs a longer solvation time. With the further ionization of the carboxyl functional groups, the transition dipole moment of the carbon quantum dots should be reduced under the strong alkaline condition, which leads to the reduction of the time of the solvent. It is found that there are three fluorescent components in the carbon quantum dots. In the strong alkaline water environment, the deprotonation of carboxyl functional groups of the carbon quantum dots accelerates the migration of the carrier to the non luminous surface state in the first life process. The near infrared carbon point with two photon fluorescence properties is synthesized, and the optimal luminescence position is at 710nm, The fluorescence quantum yield is 26.28%. through the femtosecond transient absorption experiment to detect the change process of the carrier dynamics and the corresponding luminescence mechanism of the near infrared carbon point. The experimental results show that the carbon nucleus and the surface state determine the fluorescence emission in synergy. The red light of the carboxyl carbon and graphite nitrogen in the near infrared carbon point is explained by the corresponding characterization analysis. The two-photon fluorescence properties of the near infrared carbon point are proved by the two-photon fluorescence experiment, and the two photon absorption cross section is calculated by constructing the corresponding molecular model, and the source of the two-photon fluorescence is analyzed.
【学位授予单位】:吉林大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TB383.1
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本文编号:2152631
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