Luminiscencia y dinámica de electrones en nanocúmulos atómicamente precisos con ocho electrones superatómicos

Área de la Ciencia:

• Ciencias de los materiales
• Nanotecnología
• Química Física

Sus antecedentes:

• Los nanocúmulos de oro ([Au₂₅(SR)₁₈]^- y [Au₁₃(dppe)₅Cl₂³⁺) comparten un núcleo icosaédrico de 13 átomos y una configuración superatómica de 8 electrones.
• A pesar de las similitudes estructurales, existen diferencias significativas en su fotoluminiscencia y dinámica electrónica de resolución temporal.
• Comprender estas diferencias es crucial para diseñar nanoclusters con propiedades ópticas a medida.

Objetivo del estudio:

• Para aclarar las similitudes y diferencias en las propiedades de emisión de [Au₂₅(SR) ₁₈^- y [Au₁₃(dppe) ₅Cl₂³⁺ nanocúmulos.
• Para investigar teóricamente las propiedades fotodinámicas de [Au₁₃(dppe) ₅Cl₂]³⁺ por primera vez.
• Para correlacionar los comportamientos de emisión observados con la estructura electrónica y las vías de desintegración.

Principales métodos:

• Mediciones experimentales de la fotoluminiscencia y de la desintegración de la fotoluminiscencia.
• Espectroscopia de absorción transitoria con resolución en el tiempo.
• Cálculos de la teoría funcional de la densidad dependiente del tiempo (TD-DFT) para las propiedades de desintegración radiativa y no radiativa y las vidas.

Principales resultados:

• [Au₁₃(dppe) ₅Cl₂]³⁺ exhibe un solo pico de emisión fuerte, a diferencia de la luminiscencia bimodal más débil de [Au₂₅(SR) ₁₈]^-.
• El estado fuertemente emisor en ambos nanocúmulos surge de la desexcitación de S₁, con vidas de microsegundos.
• Los estados excitados más altos en [Au₁₃(dppe) ₅Cl₂]³⁺ tienen vidas más cortas (<1 ps) en comparación con [Au₂₅(SR) ₁₈^- debido a una brecha de energía más pequeña entre los orbitales desocupados.

Conclusiones:

• La estructura electrónica, específicamente la brecha de energía entre los orbitales desocupados degenerados, dicta la dinámica de estado excitado y las características de emisión de estos nanocúmulos de oro.
• Los cálculos TD-DFT complementan eficazmente los datos experimentales en la comprensión de los procesos fotofísicos.
• Este estudio proporciona información fundamental sobre las relaciones estructura-propiedad en los nanocúmulos de oro, guiando el diseño de materiales futuros.