热点应用丨近红外PbS量子点的光物理性质表征

2025-09-29 13:06:36, 天美天美仪拓实验室设备（上海）有限公司

要点：

● FLS1000荧光光谱仪具有单光子计数的近红外PMT检测器，可以完全表征近红外的光致发光特性。

● 可获得近红外吸收光谱和光致发光光谱。

● 利用HPL-MCS模式测得的光致发光寿命为1.5 µs。

● 利用FLS1000的积分球测得近红外区的量子产率为49.9%。

简介

量子点（QD）具有发光（PL）波长易调谐的特性。其已被广泛应用于探测器、传感器、荧光引导手术和废水处理等领域，甚至其波长可扩展至近红外区。^1–4近红外（NIR）荧光成像是一种很有发展潜力的成像方式，因为在该光谱窗口中的光稳定性好，组织穿透性强。⁴

硫化铅（PbS）量子点已被用于活体小鼠的非侵入深层组织成像。⁵它们的波长可调谐特性是通过两亲分子封端来控制，这保持了小尺寸纳米颗粒的稳定，防止其生长不受控制。⁶需要表征完整的光物理特性来帮助开发发光更强的PL探针并优化其功能。在本文中，完整表征了PbS量子点的光物理特性。

材料与方法

将PbS量子点在四氯乙烯（PCE）（无水，Sigma）中制备分散体。将样品装入光程为10mm的石英比色皿中。用爱丁堡DS5紫外-可见分光光度计测试了PbS量子点的吸收光谱。使用FLS1000荧光光谱仪进行了PL表征（图1）。

图1 爱丁堡FLS1000稳态瞬态荧光光谱仪

FLS1000配备了450 W氙灯、单激发和单发射单色器以及液氮制冷的单光子计数（LN2）PMT-1700近红外检测器。对于寿命模块，该系统具有多通道扫描（MCS）模式和HPL-670皮秒脉冲激光器。将样品放在标准液体支架中进行光谱和寿命测试，并使用积分球附件确定其量子产率。

吸收和发射光谱

分别使用DS5和FLS1000测试PbS量子点的吸收光谱和发射光谱，如图2所示。吸收光谱显示其在可见区有强吸收，吸光度随着波长增大而减小，在1050 nm处的近红外区出现吸收峰。样品吸光度在1050 nm处保持在0.10以下，以弱化对PL光谱上升沿的再吸收影响。

图2 在DS5上从500-1100 nm（黑色）测试的PCE中PbS量子点的吸收光谱。PCE中PbS量子点的归一化发射光谱（红色），激发波长为670 nm。

积分球附件测试量子产率

使用积分球附件测试近红外区的光致发光量子产率（PLQY）（图3）。积分球附件能够在没有已知PLQY的参照样品的情况下测量固体和液体样品的量子产率。这对于NIR区的量子产率测试是特别有利的。

图3 测试PLQY时积分球的工作原理。激发光为蓝色，发射光为红色。

使用FLS1000得到PbS量子点和PCE溶剂（空白）的散射和光致发光光谱（图4）。

图4 计算PLQY的光谱（红色为PbS量子点的光谱，黑色为PCE空白溶剂的光谱）。负值和零值在对数坐标上显示为1。绿色框选为散射峰值的积分区域，蓝色框选为发射峰值的积分区域。

通过计算在670 nm处NIR发射的积分强度与吸收光的积分强度的比率计算PLQY，公式如下：

其中E是发射积分强度，S分别是样品（S）和参比（R）的散射积分强度。使用Fluoracle软件分析，PbS量子点的PLQY为49.9±0.2%，误差为三次重复的标准偏差。

光致发光寿命

多通道缩放扫描（MCS）是一种用于测试10 ns以上磷光寿命的光子计数技术。MCS模式是测试量子点寿命的理想选择。为了测量PbS的PL寿命，使用HPL-670的 MCS模式进行激发，监测1140 nm处收集的光子信号，得到PL曲线（图5）。得到的衰减曲线拟合成寿命为1.5 µs的单指数衰减。

图5 用HPL-670 MCS模式（100 kHz重复频率、10 µs脉冲周期）激发得到的PbS量子点的光致发光衰减曲线（1140 nm）。最小二乘尾部拟合为图中红色曲线，χ²为1.15。

总结

FLS1000光致发光光谱仪成功地用于评估了近红外发射PbS量子点样品的稳态和瞬态光谱，其积分球附件获得样品的绝对量子效率为49.9%，并使用HPL-670 MCS模式测其寿命为1.5µs。

参考文献

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