Deep blue photoluminescence and optical gain from sodium-doped carbon dots

光致发光 量子点 兴奋剂 发光 材料科学 光电子学 碳纤维 量子产额 氧气 钝化 离子 带隙 蓝移 纳米技术 化学 光学 物理 荧光 复合数 复合材料 有机化学 图层(电子)
作者
Zhenxu Lin,Jiaxin Yang,Qiwen Zeng,Shaolong Tie,Rui Huang,Sheng Lan
出处
期刊:Journal of Luminescence [Elsevier BV]
卷期号:246: 118856-118856 被引量:17
标识
DOI:10.1016/j.jlumin.2022.118856
摘要

The photoluminescence (PL) from carbon dots can be dramatically modified through the engineering of surface oxygen-containing functional groups. Despite the recent surge of interest in the non-metal doping of carbon dots, the photo-physical properties of metal-doped carbon dots remain unexplored. Here, we report the highly efficient deep blue PL and amplified spontaneous emission from sodium (Na)-ion-doped carbon dots. Based on the structure- and temperature-dependent PL and the temporal evolution of PL, we reveal that the introduction of Na ions into carbon dots not only passivate the electronegative oxygen related defects but also create new Na–O related defect centers in the band gap, leading to deep blue PL with dramatically reduced bandwidth and significantly enhanced quantum yield. We establish a luminescence model with four energy levels to interpret the PL dynamics of Na+-doped carbon dots. We demonstrate for the first time the ASE from such carbon dots, which exhibit a net optical gain coefficient of 47.8 cm−1 at 440 nm. Our results open new horizons for improving the PL of carbon dots and pave the way for realizing optoelectronic devices based on carbon dots.
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