极性溶剂中PbSe核壳量子点的可控制备：离子交换vs.外延生长

来源：X一MOL资讯

英文原题：Colloidal Synthesis of Giant Shell PbSe-Based Core/Shell Quantum Dots in Polar Solvent: Cation Exchange versus Epitaxial Growth

通讯作者：钟海政，北京理工大学；邹炳锁，广西大学

作者：Dong Li, Xiaoli Zhang, Muhammad Ramzan, Kai Gu, Yu Chen, Jiatao Zhang, Bingsuo Zou, and Haizheng Zhong

半导体量子点由于具有光谱连续可调、荧光量子产率高、发射光谱窄等优点，在照明和显示、探测成像、生物标记等领域具有应用潜力。由于量子点表面包覆了有机配体，能够在多种溶剂进行分散，决定了量子点的加工特性。目前，高质量量子点通常在高沸点非极性有机溶剂体系中制备，其分散性限制了应用中的工艺选择。开发在极性溶剂中分散量子点为拓展量子点的加工特性提供了新思路，成为科学界和工业界关注的课题之一。北京理工大学钟海政教授课题组一直关注极性溶剂中分散的量子点材料研究。他们先后报道了基于醇溶性铜铟硫量子点的电致发光器件（Chem. Mater., 2016, 28, 1085−1091；IEEE JSTQE, 2017, 23, 1900708），发展了极性溶剂N,N二甲基甲酰胺（DMF）中的离子交换反应，制备了组分精确可控的近红外CdxM1-xTe（M = Pb2+、Ag+、Hg2+或Zn2+）纳米线（J. Phys. Chem. Lett., 2020, 11, 7−13）。
近日，北京理工大学钟海政教授和广西大学邹炳锁教授合作，报道了在极性溶剂DMF和DMSO中通过PbSe量子点和Cd2+之间可控的离子反应，分别制备了壳层厚度可控的PbSe/CdSe和PbSe/CdS核壳量子点。有趣的是，在DMF溶剂中，PbSe量子点经历了可控的阳离子交换反应转变成了PbSe/CdSe核壳量子点。利用该策略，这些PbSe/CdSe核壳量子点的壳层厚度（0.9 -2.9 nm）和光学性质（1393-1744 nm）能够被精确调控。相较而言，在DMSO溶剂中，PbSe量子点则经历了外延生长反应转变成了PbSe/CdS核壳量子点。利用该策略，这些PbSe/CdSe核壳量子点的壳层厚度（0.9 -3.1 nm）和光学性质（1566-1719 nm）能够被精确调控。随后，他们利用核磁手段阐明了在DMF和DMSO溶剂中金属离子的不同相互作用，解释了PbSe量子点分别经历阳离子交换反应和外延生长反应的原因。该工作为合成壳层厚度可控的PbSe基核壳量子点提供了一种新的合成路线。

图1. PbSe/CdSe和PbSe/CdS核壳量子点合成示意图。

图2. 配体交换前后PbSe量子点的红外光谱(a)、吸收光谱(b)和TEM照片(c-e)。

图3. PbSe/CdSe和PbSe/CdS核壳量子点的TEM照片(a和e)、STEM照片(b和f)、HRTEM照片(c和g)和线扫STEM-EDS分析图(d和h)。

图4. PbSe/CdSe和PbSe/CdSe核壳量子点的吸收光谱(a和c)和荧光光谱图(b和d)。

图5. Pb2+和 Cd2+ 分别在 DMF和DMSO中的207Pb (a) 和113Cd (b)核磁光谱。
这一成果近期发表在Chemistry of Materials上，该文章共同第一作者为北京理工大学博士后李冬、硕士生张小丽，通讯作者为钟海政教授和邹炳锁教授，张加涛教授提供了指导和帮助。