我国科学家基于冷却工程实现高质量环保ZnSeTe基量子点

近日，南京理工大学王跃教授等人通过冷却工程调控激发态来实现高质量的环保型ZnSeTe基量子点，证明环保量子点在实际应用中的可行性。

目前，量子点是一种具有前景的发光材料，但高质量环保量子点(QDs)的实现仍具有挑战性，因为其内部具有高效但难以实现的非辐射复合。而上述团队通过研究冷却工程对激发态调控的影响，成功证明高质量ZnSeTe核壳量子点的可行性。相关成果发表在《中国科学：材料科学》(SCIENCE CHINA Materials)期刊上。

图片来自《中国科学：材料科学》(SCIENCE CHINA Materials)

据论文，最近科学家发现不含重金属的ZnSeTe基量子点能够通过Se和Te比例的改变来显示出可调谐的蓝绿发射。因此，作为环保型的材料，它在光电子器件中具有广阔的应用前景。但是，超快热载流子俘获和带边载流子俘获是ZnSeTe量子点发射效率低下的主要原因。

为了提高发光效率，研究人员通过设计冷却工程抑制上述过程，包括采用不同的冷却速率来冷却反应溶液，采用冰水冷却、自然风冷和炉冷来调节反应终止或冷却的速度。冷却工程是调控ZnSeTe基量子点激发态复合，并提高量子点质量的重要环节。

随后，研究团队结合电子和光谱表征分析了其潜在机制，发现冷却过程对ZnSeTe基量子点的结晶质量、壳层厚度等均有显著影响。该团队经过冷却优化的ZnSeTe量子点表现出高量子发光效率(>90%)，超过了此前世界纪录，具有良好的稳定性，并且该量子点可与传统的硒化镉(CdSe)量子点相媲美。

实验图片来自论文

在硒化镉量子点中，非辐射复合过程已经可以通过合成方法来控制，因此它拥有高质量的发光性能，并具有优良的稳定性，但由于含有镉这种重金属元素，硒化镉材料具有很强的刺激性，接触可引起人们恶心、头痛和呕吐。因此，其中的重金属成分将可能阻碍其商业应用。

研究团队还对硒化镉、硫化镉(CdS)、硫化锌(ZnS)三种量子点的光稳定性进行了对比实验。在相似的紫外光照射下，三种量子点的发光强度都降低了约40%。总体而言，团队设计优化后的无毒ZnSeTe基量子点具有更高稳定性，与上述三种量子点的稳定性相当。这一观察成果有助于ZnSeTe量子点之后的实际光电应用。

关于WLED的实验与结果图，图片来自论文

基于ZnSeTe量子点的白光发光二极管(WLED)表现出优异的光学性能，包括高显色指数80和良好的相关色温7391K（开尔文温度单位)。此外，考虑到量子点在光通信系统中具有高调制带宽和高数据传输速率的潜力，因此该高性能WLED还具有良好的光通信能力，可用作环保可见光通信的光源。

南京理工大学王跃教授等人的研究成果通过冷却速率控制方法等冷却工程来实现高质量的ZnSeTe量子点，表明了环保型量子点在实际应用中的可行性。

澎湃新闻记者  王蕙蓉

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