近日，科技日報記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校俞書宏教授課題組與合作者合作，設(shè)計了一種“脈沖式軸向外延生長”方法，成功制備了尺寸、結(jié)構(gòu)可調(diào)的一維膠體量子點-納米線分段異質(zhì)結(jié)，利用ZnS納米線對CdS量子點的晶面選擇性鈍化作用，可同時實現(xiàn)量子點表面的有效鈍化和光生載流子的有效轉(zhuǎn)移。該研究成果近日發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。

設(shè)計新型半導(dǎo)體納米材料以捕獲太陽能并實現(xiàn)高效光化學(xué)轉(zhuǎn)化，是解決當(dāng)前全球能源與環(huán)境危機(jī)的一種理想途徑之一。膠體量子點具有尺寸可調(diào)的光學(xué)和電學(xué)特性，因而作為一種重要的光催化劑材料在太陽能轉(zhuǎn)化領(lǐng)域備受青睞。

然而，膠體量子點的表面懸掛鍵會導(dǎo)致大量的陷阱態(tài)，從而將載流子強(qiáng)烈局域化并阻礙其進(jìn)一步參與表面化學(xué)反應(yīng)。目前，如何同時實現(xiàn)量子點表面鈍化和電荷轉(zhuǎn)移仍然面臨挑戰(zhàn)。

研究團(tuán)隊基于此前他們在液-固-固相催化生長一維納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)的工作基礎(chǔ)，提出了一種“脈沖式軸向外延生長”合成膠體半導(dǎo)體納米晶的新策略。理論計算表明，Zn和Cd原子在Ag2S固相催化劑中的嵌入能差異使得在Cd前驅(qū)物存在時能夠優(yōu)先生長CdS，因而可通過控制Cd前驅(qū)物的加入調(diào)控CdS量子點-ZnS納米線的結(jié)構(gòu)參數(shù)。

該方法具有高度的靈活性，可對量子點的尺寸、數(shù)量、間距和晶相進(jìn)行精準(zhǔn)控制。研究者發(fā)現(xiàn)ZnS納米線選擇性鈍化CdS量子點晶面以后，降低了載流子局域化程度，延長了載流子壽命，有利于載流子遷移至催化劑表面進(jìn)行反應(yīng)。

這項研究為今后設(shè)計開發(fā)新型高效光催化劑提供了新途徑。此外，該合成策略還有望拓展到其他膠體量子點體系，并通過完善合成方法實現(xiàn)其結(jié)構(gòu)參數(shù)的精細(xì)調(diào)控，預(yù)期在激光、單光子源以及單電子探測等方面展現(xiàn)出獨特的應(yīng)用價值。