Pressure-Activated Efficient Near-Infrared Luminescence in Atomically Precise Gold Nanoclusters

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作者
Yani Yang,Qing Wan,Meng-Jie Zhu,Hua‐Yang Ru,Jikun Yang,Qi Li,Meng Zhou,Gaosong Chen,Yuchen Wu,Lei Jiang,Shuang‐Quan Zang
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:147 (30): 26991-26999 被引量:13
标识
DOI:10.1021/jacs.5c09304
摘要

Achieving efficient near-infrared (NIR) luminescence in atomically precise gold nanoclusters is challenging due to the strong vibrational freedom of the gold core. Herein, we synthesized two gold nanoclusters, [Au11(PPh3)8Cl2]Cl (Au11-1) and Au11(PPh3)7Cl3 (Au11-2), with comparable initial NIR photoluminescence quantum yields (PLQY, 0.3% and 0.32%, respectively), and systematically investigated their NIR piezoluminescence behaviors based on the hydrostatic pressure effect. Under high pressure, Au11-1 exhibits a significant NIR piezoluminescence enhancement. When the pressure increases to 3.6 GPa, the NIR-PLQY of Au11-1 amplifies from the initial 0.3% to 75.6%, which is the highest PLQY reported for solid-state gold nanoclusters. However, Au11-2 exhibits only monotonic pressure-induced luminescence quenching under compression. In situ high-pressure angle-dispersive X-ray diffraction experiments and theoretical calculations confirm the existence of distinct anisotropic compressions in Au11-1 and Au11-2, which induce differential structural distortion of the gold core. The faster shrinkage along the a-axis exacerbates the structural distortion of the Au11-1 core, whereas the more rapid compression along the b-axis in Au11-2 suppresses the structural distortion of the gold core. High-pressure femtosecond transient absorption and Raman spectra synergistically demonstrate that pressure-driven directional structural distortion significantly suppresses nonradiative losses caused by low-frequency vibrations of the Au11-1 core along the a-axis, resulting in NIR piezoluminescence enhancement of Au11-1. Our study deeply reveals the intrinsic correlation between NIR-PLQY and metal core vibration relaxation at the atomic scale and provides a new approach to design and develop high-performance NIR luminescent materials.
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