近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士研究團(tuán)隊，利用 “兩步催化生長”策略，實現(xiàn)了高質(zhì)量、藍(lán)光活性ZnSe量子線的按需合成，有助于推進(jìn)ZnSe環(huán)保量子線的應(yīng)用，并有望為太陽能燃料和光電子學(xué)領(lǐng)域提供豐富的材料庫。
量子線是具有量子限域效應(yīng)的一維半導(dǎo)體納米線，在光電子學(xué)、光化學(xué)轉(zhuǎn)化等領(lǐng)域具有應(yīng)用價值。其中，ZnSe量子線是除鎘基半導(dǎo)體外，最典型的一類非重金屬的半導(dǎo)體，對環(huán)境無害。但此前的ZnSe納米線或是很細(xì)，具有強量子限域效應(yīng)，僅表現(xiàn)為紫外吸收；或是很粗，具有塊體材料特性，無明顯激子吸收，因此均難以實現(xiàn)藍(lán)光區(qū)域的量子限域效應(yīng)調(diào)制。
那如何精確控制ZnSe量子線的徑向和軸向尺寸，實現(xiàn)按需合成，以促進(jìn)其進(jìn)一步應(yīng)用呢？
此次，中科大俞書宏院士團(tuán)隊發(fā)展了一種“兩步催化生長”策略，可以對ZnSe量子線的直徑與長度進(jìn)行獨立、高精度、大范圍的控制，實現(xiàn)了ZnSe量子線的精準(zhǔn)制備，由此成功地在幻數(shù)尺寸ZnSe量子線和類塊材ZnSe納米線之間建立起了新的橋梁。相關(guān)成果發(fā)表于《國家科學(xué)評論》(National Science Review）。
研究人員發(fā)現(xiàn)，在立方相催化劑端點與纖鋅礦ZnSe量子線界面處存在一種新的外延生長取向，可從動力學(xué)上促進(jìn)超細(xì)、無堆垛位錯的ZnSe量子線形成。這些量子線具有強量子限域效應(yīng)，其尺寸均一、晶相純度高，因而在藍(lán)光區(qū)域表現(xiàn)出了超窄的激子吸收特性，其半高全寬(FWHM)可達(dá)13 nm（納米）以下。經(jīng)表面硫醇鈍化后，他們進(jìn)一步消除了量子線表面的電子捕獲陷阱，從而延長了載流子壽命并實現(xiàn)了高效光催化制氫過程。
中科大團(tuán)隊的“兩步催化生長”策略可適用于多種膠體納米線的精準(zhǔn)構(gòu)筑，有望在未來為太陽能燃料和光電子學(xué)領(lǐng)域的發(fā)展提供豐富的材料庫。
標(biāo)簽： 太陽能燃料 環(huán)保材料
