Charge and/or energy transfer from photoexcited quantum dots (QDs) is often suppressed by a wide-bandgap shell. Here, we report an interesting, counter-intuitive observation that interfacial triplet energy transfer from QDs is not retarded but rather enabled by an insulating shell. Specifically, photoluminescence of red-emitting CdSe QDs could not be quenched by surface-anchored Rhodamine B molecules; in contrast, after ZnS shell coating, their emission was effectively quenched. Time-resolved spectroscopy reveals that the shell eliminates ultrafast hole trapping in the QDs and hence opens up the triplet exciton transfer pathway. The triplet energy of Rhodamine B can be reversely transferred back to QDs by thermal activation, or it can be passed to triplet acceptors in the solution. Capitalizing on the latter, we demonstrate red-to-blue photon upconversion based on QD-sensitized triplet–triplet annihilation with an efficiency of 2.8% and an anti-Stokes shift of 1.13 eV.

1.
C.
Mongin
,
S.
Garakyaraghi
,
N.
Razgoniaeva
,
M.
Zamkov
, and
F. N.
Castellano
,
Science
351
(
6271
),
369
372
(
2016
).
2.
N.
Yanai
and
N.
Kimizuka
,
Acc. Chem. Res.
50
(
10
),
2487
2495
(
2017
).
3.
Z.
Huang
and
M. L.
Tang
,
J. Am. Chem. Soc.
139
(
28
),
9412
9418
(
2017
).
4.
L.
Nienhaus
,
M.
Wu
,
V.
Bulović
,
M. A.
Baldo
, and
M. G.
Bawendi
,
Dalton Trans.
47
(
26
),
8509
8516
(
2018
).
5.
X.
Luo
,
R.
Lai
,
Y.
Li
,
Y.
Han
,
G.
Liang
,
X.
Liu
,
T.
Ding
,
J.
Wang
, and
K.
Wu
,
J. Am. Chem. Soc.
141
(
10
),
4186
4190
(
2019
).
6.
Y.
Han
,
S.
He
,
X.
Luo
,
Y.
Li
,
Z.
Chen
,
W.
Kang
,
X.
Wang
, and
K.
Wu
,
J. Am. Chem. Soc.
141
(
33
),
13033
13037
(
2019
).
7.
P.
Xia
,
E. K.
Raulerson
,
D.
Coleman
,
C. S.
Gerke
,
L.
Mangolini
,
M. L.
Tang
, and
S. T.
Roberts
,
Nat. Chem.
12
,
137
144
(
2020
).
8.
M.
Wu
,
D. N.
Congreve
,
M. W. B.
Wilson
,
J.
Jean
,
N.
Geva
,
M.
Welborn
,
T.
Van Voorhis
,
V.
Bulović
,
M. G.
Bawendi
, and
M. A.
Baldo
,
Nat. Photonics
10
,
31
34
(
2015
).
9.
Z.
Huang
,
X.
Li
,
M.
Mahboub
,
K. M.
Hanson
,
V. M.
Nichols
,
H.
Le
,
M. L.
Tang
, and
C. J.
Bardeen
,
Nano Lett.
15
(
8
),
5552
5557
(
2015
).
10.
M.
Mahboub
,
Z.
Huang
, and
M. L.
Tang
,
Nano Lett.
16
(
11
),
7169
7175
(
2016
).
11.
K.
Okumura
,
K.
Mase
,
N.
Yanai
, and
N.
Kimizuka
,
Chem. - Eur. J.
22
(
23
),
7721
7726
(
2016
).
12.
V.
Gray
,
P.
Xia
,
Z.
Huang
,
E.
Moses
,
A.
Fast
,
D. A.
Fishman
,
V. I.
Vullev
,
M.
Abrahamsson
,
K.
Moth-Poulsen
, and
M.
Lee Tang
,
Chem. Sci.
8
(
8
),
5488
5496
(
2017
).
13.
K.
Mase
,
K.
Okumura
,
N.
Yanai
, and
N.
Kimizuka
,
Chem. Commun.
53
(
59
),
8261
8264
(
2017
).
14.
Z.
Huang
and
M. L.
Tang
,
J. Phys. Chem. Lett.
9
,
6198
6206
(
2018
).
15.
S.
He
,
X.
Luo
,
X.
Liu
,
Y.
Li
, and
K.
Wu
,
J. Phys. Chem. Lett.
10
,
5036
5040
(
2019
).
16.
L.
Nienhaus
,
J.-P.
Correa-Baena
,
S.
Wieghold
,
M.
Einzinger
,
T.-A.
Lin
,
K. E.
Shulenberger
,
N. D.
Klein
,
M.
Wu
,
V.
Bulović
,
T.
Buonassisi
,
M. A.
Baldo
, and
M. G.
Bawendi
,
ACS Energy Lett.
4
,
888
895
(
2019
).
17.
J.
De Roo
,
Z.
Huang
,
N. J.
Schuster
,
L. S.
Hamachi
,
D. N.
Congreve
,
Z.
Xu
,
P.
Xia
,
D. A.
Fishman
,
T.
Lian
,
J. S.
Owen
, and
M. L.
Tang
,
Chem. Mater.
32
(
4
),
1461
1466
(
2020
).
18.
Z.
Huang
,
Z.
Xu
,
M.
Mahboub
,
X.
Li
,
J. W.
Taylor
,
W. H.
Harman
,
T.
Lian
, and
M. L.
Tang
,
Angew. Chem., Int. Ed.
56
(
52
),
16583
16587
(
2017
).
19.
Z.
Huang
,
X.
Li
,
B. D.
Yip
,
J. M.
Rubalcava
,
C. J.
Bardeen
, and
M. L.
Tang
,
Chem. Mater.
27
(
21
),
7503
7507
(
2015
).
20.
X.
Li
,
A.
Fast
,
Z.
Huang
,
D. A.
Fishman
, and
M. L.
Tang
,
Angew. Chem., Int. Ed.
56
(
20
),
5598
5602
(
2017
).
21.
K.
Okumura
,
N.
Yanai
, and
N.
Kimizuka
,
Chem. Lett.
48
(
11
),
1347
1350
(
2019
).
22.
A.
Boulesbaa
,
A.
Issac
,
D.
Stockwell
,
Z.
Huang
,
J.
Huang
,
J.
Guo
, and
T.
Lian
,
J. Am. Chem. Soc.
129
(
49
),
15132
15133
(
2007
).
23.
J.
Huang
,
D.
Stockwell
,
Z.
Huang
,
D. L.
Mohler
, and
T.
Lian
,
J. Am. Chem. Soc.
130
(
17
),
5632
5633
(
2008
).
24.
J.
Huang
,
Z.
Huang
,
Y.
Yang
,
H.
Zhu
, and
T.
Lian
,
J. Am. Chem. Soc.
132
(
13
),
4858
4864
(
2010
).
25.
A. J.
Morris-Cohen
,
M. T.
Frederick
,
L. C.
Cass
, and
E. A.
Weiss
,
J. Am. Chem. Soc.
133
(
26
),
10146
10154
(
2011
).
26.
H.
Zhu
,
Y.
Yang
,
K.
Wu
, and
T.
Lian
,
Annu. Rev. Phys. Chem.
67
(
1
),
259
281
(
2016
).
27.
R. D.
Harris
,
S.
Bettis Homan
,
M.
Kodaimati
,
C.
He
,
A. B.
Nepomnyashchii
,
N. K.
Swenson
,
S.
Lian
,
R.
Calzada
, and
E. A.
Weiss
,
Chem. Rev.
116
(
21
),
12865
12919
(
2016
).
28.
P.
Reiss
,
M.
Protière
, and
L.
Li
,
Small
5
(
2
),
154
168
(
2009
).
29.
H.
Zhu
,
N.
Song
, and
T.
Lian
,
J. Am. Chem. Soc.
132
(
42
),
15038
15045
(
2010
).
30.
M.
Montalti
,
A.
Credi
,
L.
Prodi
, and
M. T.
Gandolfi
,
Handbook of Photochemistry
, 3rd ed. (
CRC Press; Taylor & Francis
,
Boca Raton
,
2006
).
31.
A.
Dunne
and
M. F.
Quinn
,
J. Chem. Soc., Faraday Trans. 1
73
,
1104
1110
(
1977
).
32.
V. E.
Korobov
and
A. K.
Chibisov
,
J. Photochem.
9
(
4
),
411
424
(
1978
).
33.
H.
Zhu
,
N.
Song
,
H.
Lv
,
C. L.
Hill
, and
T.
Lian
,
J. Am. Chem. Soc.
134
(
28
),
11701
11708
(
2012
).
34.
R.
Lai
and
K.
Wu
,
J. Chem. Phys.
151
(
19
),
194701
(
2019
).
35.
J.
Wang
,
T.
Ding
,
C.
Nie
,
M.
Wang
,
P.
Zhou
, and
K.
Wu
,
J. Am. Chem. Soc.
142
(
10
),
4723
4731
(
2020
).
36.
X.
Luo
,
Y.
Han
,
Z.
Chen
,
Y.
Li
,
G.
Liang
,
X.
Liu
,
T.
Ding
,
C.
Nie
,
M.
Wang
,
F. N.
Castellano
, and
K.
Wu
,
Nat. Commun.
11
(
1
),
28
(
2020
).
37.
Z.
Huang
,
P.
Xia
,
N.
Megerdich
,
D. A.
Fishman
,
V. I.
Vullev
, and
M. L.
Tang
,
ACS Photonics
5
(
8
),
3089
3096
(
2018
).
38.
M.
Mahboub
,
P.
Xia
,
J.
Van Baren
,
X.
Li
,
C. H.
Lui
, and
M. L.
Tang
,
ACS Energy Lett.
3
,
767
772
(
2018
).
39.
C.
Mongin
,
P.
Moroz
,
M.
Zamkov
, and
F. N.
Castellano
,
Nat. Chem.
10
,
225
230
(
2018
).
40.
M.
La Rosa
,
S. A.
Denisov
,
G.
Jonusauskas
,
N. D.
McClenaghan
, and
A.
Credi
,
Angew. Chem., Int. Ed.
130
(
12
),
3158
3161
(
2018
).
41.
D. M.
Kroupa
,
D. H.
Arias
,
J. L.
Blackburn
,
G. M.
Carroll
,
D. B.
Granger
,
J. E.
Anthony
,
M. C.
Beard
, and
J. C.
Johnson
,
Nano Lett.
18
(
2
),
865
873
(
2018
).
42.
X.
Luo
,
G.
Liang
,
Y.
Han
,
Y.
Li
,
T.
Ding
,
S.
He
,
X.
Liu
, and
K.
Wu
,
J. Am. Chem. Soc.
142
(
25
),
11270
11278
(
2020
).
43.
T. N.
Singh-Rachford
and
F. N.
Castellano
,
J. Phys. Chem. Lett.
1
(
1
),
195
200
(
2010
).
44.
N.
Nishimura
,
V.
Gray
,
J. R.
Allardice
,
Z.
Zhang
,
A.
Pershin
,
D.
Beljonne
, and
A.
Rao
,
ACS Mater. Lett.
1
(
6
),
660
664
(
2019
).
45.
V.
Gray
,
D.
Dzebo
,
M.
Abrahamsson
,
B.
Albinsson
, and
K.
Moth-Poulsen
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
16
(
22
),
10345
10352
(
2014
).
46.
R. D.
Harcourt
,
G. D.
Scholes
, and
K. P.
Ghiggino
,
J. Chem. Phys.
101
(
12
),
10521
10525
(
1994
).
47.
A.
Ronchi
,
P.
Brazzo
,
M.
Sassi
,
L.
Beverina
,
J.
Pedrini
,
F.
Meinardi
, and
A.
Monguzzi
,
Phys. Chem. Chem. Phys.
21
,
12353
12359
(
2019
).
48.
A.
Monguzzi
,
J.
Mezyk
,
F.
Scotognella
,
R.
Tubino
, and
F.
Meinardi
,
Phys. Rev. B
78
(
19
),
195112
(
2008
).

Supplementary Material

You do not currently have access to this content.