量子点-酞菁体系双光子激发过程能量转移的超快动力学研究

The photoinduced energy transfer process in Quantum dots (QDs)-Organic dyes have attracted great attentions due to their practical applications in photodynamic therapy (PDT）, solar energy conversion and nanoelectronic devices. In PDT application, the photoinduced energy transfer in QDs-phthalocyanine nanocomposite is the key to determine the quantum yield of photochemical products, and it has better imaging depth and spatial resolution by using two-photon excitation compared with one-photon excitation. The project is proposed to investigate the ultrafast dynamics of energy transfer in QDs-Phthalocyanine nanocomposite via two-photon excitation using ultrafast femtosecond time-resolved spectroscopy. The influence of laser intensity, the size of QDs, as well as the sample concentration on the energy transfer efficiency will be investigated，and the physical mechanism of energy transfer between QDs and phthalocyanine will be revealed. Such investigations not only provide a theoretical and experimental basis to improve the energy transfer efficiency of QDs-phthalocyanine nanocomposite but also are of great importance for the theory of QDs-phthalocyanine interactions and their applications in biomedical.

光诱导量子点-有机染料复合体系中的能量转移过程在光动力疗法、太阳能电池和微纳电子器件等领域具有重要的科学意义和应用价值，所以一直是研究的热点。在光动力疗法的应用中，光诱导量子点-酞菁体系中的能量转移过程是决定其光化学产物量子产率的关键所在；而采用双光子激发比单光子激发具有更好的成像深度和空间分辨率。本项目提出采用飞秒超快时间分辨光谱技术，对双光子激发量子点-酞菁体系能量转移的超快动力学过程进行研究，测量激光强度、量子点的尺寸大小、样品浓度对复合体系中能量转移效率的影响，并揭示量子点-酞菁体系中能量转移的物理机制。本项目的开展不仅为提高量子点-酞菁间能量转移效率提供了理论与实验依据，而且也对量子点和酞菁相互作用的基本理论及其在生物医疗中的应用具有重要意义。

量子点-有机染料间的能量转移过程在光动力疗法，太阳能电池和微纳电子器件等领域具有重要的科学意义和应用价值，所以一直是研究的热点。在光动力疗法中，量子点-酞菁复合体系中的能量转移过程是决定其光化学产物量子产率的关键所在。本项目提出采用双光子激发的方案，采用飞秒超快时间分辨光谱技术对量子点-酞菁间能量转移的超快动力学过程进行研究，分析激光强度，量子点的尺寸大小和浓度对复合体系间能量转移效率的影响，揭示量子点和酞菁之间能量转移的物理机制。本项目不仅为提高量子点-酞菁间能量转移效率提供了理论与实验依据，也对量子点和酞菁相互作用的基本理论及其在生物医疗中的应用都有重要意义。.本项目的主要研究内容、重要结果与关键数据及其科学意义如下：.（1）采用超快时间分辨光谱技术详细研究了双光子激发下，浓度和激发功率对CdTe量子点-铜酞菁复合体系的荧光共振能量转移的影响。研究结果表明，在780nm的双光子激发条件下，复合体系中CdTe量子点的荧光寿命随着铜酞菁溶液浓度的增加而减少，荧光共振能量转移效率增加。同时也研究了激发功率对荧光共振能量转移效率的影响。结果表明，随着激发光功率的增加，复合体系溶液中CdTe量子点的荧光寿命增加，荧光共振能量转移效率减小，其物理机制是因为高激发功率下的热效应和由双光子诱导的高阶激发态的跃迁。当激发光功率为200 mW时，双光子荧光共振能量转移效率为43.8%。该研究表明CdTe量子点-铜酞菁复合体系是非常有潜力的第三代光敏剂。.（2）采用时间分辨荧光光谱技术研究了在双光子激发下，不同尺寸大小的量子点与罗丹明B之间的荧光共振能量转移。研究结果表明，在800nm的双光子激发条件下，体系间能量转移效率随着供体吸收光谱与受体荧光光谱的光谱重叠程度增加而增加。同时，实验研究了罗丹明B浓度对荧光共振能量转移效率的影响。研究结果表明，量子点的荧光寿命随着罗丹明B浓度的增加而减小，量子点与罗丹明B之间的荧光共振能量转移效率随着罗丹明B浓度的增加而增加；当罗丹明B浓度为7.5×10-5mol/L时，双光子荧光共振能量转移效率为41.4%。在不久的将来，CdTe量子点-RhB复合体系将在生物医学、光电器件等领域具有光明的前景。