近日，上海交通大学环境科学与工程学院量子点基能源与环境功能材料团队负责人李良特别研究员带领其团队在提高量子点稳定性研究中取得了突破性进展，相关成果连续发表在权威期刊《Journal of the American Chemical Society》上，内容分别为具有自钝化效应的超稳定量子点(J.Am.Chem.Soc., 2015,137(39),12430-12433)和在“无水”溶剂中进行二氧化硅包覆钙钛矿量子点的方法(J.Am.Chem.Soc.,2016,138(18),5749-5752)。
量子点(半导体纳米晶体)具有优异的光电性能，基于量子效应和发光特质，量子点在照明、显示、生命科学、荧光标记、太阳能电池和光催化等领域具有广泛的应用前景。然而“量子点的稳定性”是制约量子点领域发展的关键性瓶颈之一。近几年，量子点稳定性的研究取得了一定的进展，但普遍存在不足。如巨型量子点，包覆近20层硫化镉（CdS）的硒化镉（CdSe）量子点，其荧光量子效率很低，只有20-30%，而且硫化物的外壳并不足以抵挡水分子和氧分子对量子点的破坏。国内外研究团队尝试利用二氧化硅或者高分子包覆等方法来增强量子点的稳定性，但因为包覆过程中会加入氨水或碱等催化剂，常常引起量子点荧光效率的降低。针对以上这些问题，李良团队创造性地将金属防腐中的自钝化概念引入到量子点领域，通过在量子点制备过程中掺杂自钝化金属元素Al，进行Al掺杂量子点的研究。利用Al元素在量子点表面自动氧化形成稳定的保护层，有效降低光、温度、湿度、氧气等对量子点的影响，实现量子点稳定性的增强。并探讨了Al掺杂量子点的自钝化机理，为自钝化量子点的合成提供理论基础和指导。相关成果由博士生李志春等人发表在J.Am.Chem.Soc.(DOI:10.1021/jacs.5b05462)和Chem.Commun.(DOI:10.1039/C5CC01137J)上。
新型有机-无机杂化钙钛矿(CH3NH3PbX3,X=Cl,Br,I)量子点具有优异的光学特性，但其对水和氧气极为敏感，容易受到周围环境的影响而发生荧光猝灭。目前只能通过引入一些高分子包裹材料来提高其稳定性。而常用的无机透明材料二氧化硅等理论上是不可能包裹上去的，因为二氧化硅的前驱体如正硅酸乙酯(TEOS)等，都是通过水解方法得到二氧化硅，而水、醇类、氨、巯基等都会快速猝灭钙钛矿量子点。针对钙钛矿量子点极为脆弱的特性，研究团队提出在“无水”环境中形成二氧化硅的方法，即在钙钛矿量子点的甲苯溶液中(水含量≈0.0623%)，直接引入正硅酸甲酯(TMOS)。由于正硅酸甲酯的水解速率很快(TEOS的4倍以上)，可快速消耗甲苯溶液中残留的水分，在水解形成二氧化硅的同时，最大限度地降低了残留水分对钙钛矿量子点的破坏。相对于纯钙钛矿量子点，所得到的钙钛矿量子点/SiO2复合体的光稳定性得到了极大的提升。该项研究提出的“无水”条件形成二氧化硅的方法适用于所有对水和氧等环境因素敏感的量子点。相关成果由博士后黄寿强等人发表在J.Am.Chem.Soc.(DOI:10.1021/jacs.5b13101)上。
（黄寿强）