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晶体生长中的恒稳态实现量子点尺寸的精确控制

基于量子点材料的显示和照明产品具有更真实的色彩还原能力,但高昂的成本成为阻碍其市场推广的关键。合成过程中量子点发光波长的可控性是影响其生产成本的一个主要因素。河北工业大学徐庶点击查看介绍团队通过控制量子点合成过程中的强弱配体原位转换,实现了量子点发光波长的精准控制,有望降低量子点的生产成本。


近年来,随着人们对显示和照明品质要求的不断提升,量子点作为新一代半导体纳米发光材料受到越来越多的重视。量子点具有独特的量子尺寸效应,发光波长随尺寸可调,而在高品质显示和照明等应用中,为了达到对产品色彩精确度的要求,人们需要严格控制波长误差在±1纳米以内,对应量子点尺寸的控制更是在亚原子尺度,这对量子点合成中的尺寸可控性提出了极大的要求。


在传统的合成方法中,恒温下量子点尺寸随时间呈现复杂的非线性关系,因此尺寸具有不可预测性。河北工业大学团队开发的恒稳态生长控制方法解决了这一问题,他们通过研究量子点合成中的反应机理,提出利用反应过程中的强弱配体实时转换机制来控制量子点的生长,并通过形成尺寸恒稳态来实现发光波长的精准控制。论文中以合成CdSe和CdS量子点为例,指出严格调控前体溶液中硬脂酸镉(CdSt2)和三辛基膦(TOP)配体的比例可以使量子点在短时间生长后进入尺寸恒稳态。这种尺寸恒稳态仅和反应温度相关,所获得的发光波长和反应温度呈近似线性关系,因此可以通过改变反应温度实现亚纳米量级的波长控制。


通过进一步的机理研究,他们发现在量子点晶体生长的过程中,部分TOP在反应中原位生成三辛基氧膦(TOPO)。反应前期TOP作为弱配体起到加速量子点生长的作用,后期TOPO作为强配体起到限制量子点生长的作用。由TOP转化的TOPO结合在量子点表面,并与过量的CdSt2 共同作用压制了量子点纳米晶的连续生长过程,从而使量子点的生长处于“尺寸恒稳”状态。该方法使大规模合成的量子点具有最小的尺寸波动,满足基于量子点的光电应用对量子点发光波长精度的要求,并可有效降低生产成本,对照明、显示和传感等光电器件领域的发展均具有积极的推动作用。


该工作于近期发表在The Journal of Physical Chemistry Letters 上,文章的主要作者是河北工业大学的硕士研究生刘欣悦刘懿萱,指导教师为徐庶教授和毕文刚教授。该工作得到国家科技部重点研发项目(2016YFB0400600, 2016YFB0400605)和国家自然科学基金(No.51672068)的资助。


该论文作者为:Xinyue Liu, Yixuan Liu, Shu Xu, Chong Geng, Yangyang Xie, Zi-Hui Zhang, Yonghui Zhang, Wengang Bi

原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Formation of “Steady Size” State for Accurate Size Control of CdSe and CdS Quantum Dots

J. Phys. Chem. Lett., 2017, 8, 3576, DOI: 10.1021/acs.jpclett.7b01238


导师介绍

徐庶

http://www.x-mol.com/university/faculty/46704


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