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南開大學龐代文教授團隊近紅外量子點新突破 | 前沿用戶報道

來源：HORIBA科學儀器事業(yè)部 2022年02月10日 08:49

成果簡介

2021年8月，南開大學龐代文教授課題組在國際期刊J. Am. Chem. Soc上發(fā)表論文：Breaking through the Size Control Dilemma of Silver Chalcogenide Quantum Dots via Trialkylphosphine-Induced Ripening: Leading to Ag?Te Emitting from 950 to 2100 nm，提出配體誘導(dǎo)量子點熟化生長策略，實現(xiàn)銀硫族（Ag?Te）量子點發(fā)射波長從950nm到2100nm連續(xù)可調(diào)。

背景介紹

銀硫族量子點（Ag?X; X=S, Se, Te）是一類窄帶隙半導(dǎo)體納米晶體，由于其具有近紅外熒光發(fā)射、高穩(wěn)定性以及低生物毒性等優(yōu)異性質(zhì)，作為近紅外二區(qū)熒光活體成像的熒光材料，在生物醫(yī)學研究中有著良好應(yīng)用。

理論上，銀硫族量子點中的Ag2Se以及Ag2Te量子點的熒光發(fā)射波長能夠覆蓋整個近紅外波段。然而，目前其發(fā)射波長可調(diào)窗口很窄，無法在寬范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。量子點的發(fā)射波長（帶隙）可通過控制量子點的尺寸來調(diào)節(jié)，但對于銀硫族量子點，其難點在于：1）帶隙太窄，發(fā)射波長對尺寸變化特別敏感；2）對其成核與生長機理認識不足。

量子點尺寸控制的關(guān)鍵在于控制成核與生長階段單體的供給。小尺寸量子點合成時，需要控制單體用于成核，且抑制納米晶的進一步生長。反之亦反。龐代文教授團隊發(fā)現(xiàn)，三烷基膦能夠誘導(dǎo)小尺寸銀硫族量子點溶解?；诖税l(fā)現(xiàn)，可通過改變?nèi)榛⒂昧?、種類、合成溫度等精確調(diào)控銀硫族量子點的溶解行為，進而調(diào)控單體為成核或生長所用，精準實現(xiàn)不同尺寸（發(fā)光波長）銀硫族量子點合成。

圖文導(dǎo)讀

本實驗以Ag?Te為樣品，通過在1.6–5.9nm間（幅度(Δr)僅4.3nm）精確調(diào)節(jié)Ag?Te量子點的粒徑，實現(xiàn)了其發(fā)射波長從950nm至2100nm的連續(xù)可調(diào)（跨度(Δλ)為1150nm）。

圖1 三烷基膦誘導(dǎo)量子點熟化實現(xiàn)Ag?Te發(fā)射波長從950nm到2100nm連續(xù)可調(diào)。

圖2 量子點表面致密的配體層有效地鈍化了表面原子，非輻射躍遷減少，發(fā)光效率得到了提升。

本工作中，Ag?Te量子點的熒光發(fā)射峰可調(diào)范圍寬（950-2100 nm），為獲得真實、完整的穩(wěn)態(tài)熒光光譜需要使用不同的近紅外檢測器，以在檢測器的最佳響應(yīng)區(qū)間進行測試。對于瞬態(tài)熒光光譜，由于近紅外樣品的量子產(chǎn)率相對可見光樣品較低，想要在短時間內(nèi)完成測試，對激光器的功率有較高的要求。本工作中使用980 nm的脈沖光源（DD-980L, HORIBA）激發(fā)樣品，熒光壽命曲線用軟件（DAS6, HORIBA）擬合，可以快速實現(xiàn)近紅外量子點瞬態(tài)熒光的測試。

儀器推薦

Fluorolog-QM，采用模塊化設(shè)計，針對如AIE、鈣鈦礦、近紅外一區(qū)二區(qū)熒光探針、稀土納米發(fā)光材料、量子點、光功能材料等熱點應(yīng)用實現(xiàn)個性化配置。激發(fā)波長低至180nm起，發(fā)射波長可覆蓋185~5500nm。全波長范圍準確聚焦，無色差，高靈敏度35000:1，高分辨率0.1nm。全套的壽命測試技術(shù)（TCSPC、MCS、SSTD和延遲技術(shù)），保證了全光譜穩(wěn)瞬態(tài)、延遲光譜測試功能。

Fluorolog-QM 模塊化穩(wěn)瞬態(tài)熒光光譜儀

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總結(jié)展望

盡管有著十余年的發(fā)展歷史，銀硫族量子點一直面臨著發(fā)射波長難以在寬范圍內(nèi)調(diào)控的難題。相比于原有的工作，這個工作在合成方法以及涉及的化學試劑上并沒有太多的變化，而是從細節(jié)出發(fā)，發(fā)現(xiàn)了之前一直被忽略的現(xiàn)象，并基于這一發(fā)現(xiàn)突破了存在多年的調(diào)控難題。

龐代文教授簡介：

博士、南開大學化學學院杰出教授、博士生導(dǎo)師、美國醫(yī)學與生物工程院（AIMBE）Fellow、英國皇家化學會Fellow (FRSC)、南開大學分析科學研究中心主任、全國納標委納米光電顯示技術(shù)標準化工作組組長等。主要從事生物醫(yī)學量子點研究。

文獻信息

英文原文標題

Breaking through the Size Control Dilemma of Silver Chalcogenide Quantum Dots via Trialkylphosphine-Induced Ripening: Leading to Ag2Te Emitting from 950 to 2100nm

發(fā)表期刊

J.Am. Chem. Soc

文章署名作者：

Zhen-Ya Liu, An-An Liu, Haohao Fu, Qing-Yuan Cheng, Ming-Yu Zhang, Man-Man Pan, Li-Ping Liu, Meng-Yao Luo, Bo Tang, Wei Zhao, Juan Kong, Xueguang Shao, and Dai-Wen Pang

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