傳統(tǒng)的發(fā)白光無機(jī)量子點(diǎn)（QDs）的制備方法主要依賴于將三原色（紅、黃、藍(lán)）發(fā)光量子點(diǎn)封裝在固體矩陣中，這一方法面臨著量子點(diǎn)易團(tuán)聚發(fā)生熒光猝滅、合成控制復(fù)雜難以量產(chǎn)等重大挑戰(zhàn)。近日，我?；瘜W(xué)與分子工程學(xué)院邢明陽教授與美國加州大學(xué)河濱分校Yadong Yin教授合作，在純水相合成白光量子點(diǎn)領(lǐng)域取得重大研究進(jìn)展，相關(guān)成果“Con?ned Growth of Quantum Dots in Silica Spheres by Ion Exchange of ‘‘Trapped NH4+” for White-Light Emission”在線發(fā)表于《Chem》（IF: 18.205）雜志上。
該研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種直接在SiO2小球體相內(nèi)生長(zhǎng)量子點(diǎn)的液相合成新方法——“trapped NH4+”離子交換法（圖A）。他們利用“trapped NH4+”易與Zn2+、Cd2+等金屬陽離子發(fā)生離子交換反應(yīng)的特性，成功將金屬陽離子引入SiO2小球體相（圖A,B）。再通過室溫硫化直接生成金屬硫化合物。最后通過巧妙的酸洗與醇洗過程（酸的濃度需要調(diào)控），可選擇性地將SiO2小球表面覆蓋的“bulk”硫化物洗掉，再通過高溫煅燒實(shí)現(xiàn)SiO2小球體相量子點(diǎn)的晶化。在煅燒過程中，利用SiO2小球體相孔道的“限域效應(yīng)”，有效抑制了量子點(diǎn)晶化過程中團(tuán)聚現(xiàn)象的發(fā)生。與此同時(shí)，不同尺寸孔道的“限域效應(yīng)”可以很好地控制量子點(diǎn)的尺寸分布，使制得的量子點(diǎn)在紫外光照射下直接發(fā)射白光。傳統(tǒng)通過三原色量子點(diǎn)的組合構(gòu)筑白光LEDs的方法重現(xiàn)性較差，且量子點(diǎn)發(fā)射波長(zhǎng)的半峰寬難以控制。而“trapped NH4+”離子交換法合成量子點(diǎn)的策略，可通過調(diào)節(jié)煅燒溫度，控制SiO2小球的孔道尺寸分布，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)ZnS@SiO2等量子點(diǎn)熒光發(fā)射光譜半峰寬的調(diào)控（半峰寬可從109.6調(diào)節(jié)到203.8 nm，圖C）。值得注意地是，整個(gè)量子點(diǎn)的合成過程是在純水體系中完成，不需要任何油相試劑，也不需要加入任何有機(jī)“capping-agent”。
這一合成策略另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是量子點(diǎn)的制備可實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。以合成ZnS@SiO2量子點(diǎn)為例，將已經(jīng)量產(chǎn)的SiO2小球與鋅鹽在純水溶液中進(jìn)行離子交換，再在常溫常壓下加入適量硫化鈉進(jìn)行硫化，然后將經(jīng)過酸洗和醇洗后的SiO2小球在600 oC下煅燒2?10小時(shí)，便可得到量產(chǎn)的直接發(fā)射白光的ZnS@SiO2小球（圖D）。制得的白光量子點(diǎn)的熒光量子產(chǎn)量可以達(dá)到31.1%，量產(chǎn)后的白光量子點(diǎn)可用于構(gòu)筑白光LEDs，其白光CIE坐標(biāo)為：(0.312,0.318)，CRI值為92.5（圖E）。該白光量子點(diǎn)合成策略有效避免了傳統(tǒng)合成方法所需的復(fù)雜的封裝過程，為新型功能納米復(fù)合材料的合成提供了一個(gè)新的通用平臺(tái)，可以方便地將各種納米顆粒結(jié)合到溶膠-凝膠衍生的膠體基質(zhì)中。
近年來，邢明陽教授在多功能納米材料的合成及其在環(huán)境與能源的應(yīng)用研究領(lǐng)域取得了一系列重要研究成果，以第一或通訊作者在Nat. Commun.，Chem, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Chem. Soc. Rev., Nano Lett., Adv. Funct. Mater., Appl. Catal. B, Mater. Horiz., Environ. Sci. Technol., Water Res.等期刊上發(fā)表SCI論文60篇，其中，影響因子>10.0論文20篇，13篇入選“ESI高被引論文”，4篇入選“0.1%熱點(diǎn)文章”。
該工作以華東理工大學(xué)為第一通訊單位，并得到了歐洲科學(xué)院院士張金龍教授的指導(dǎo)。感謝北京理工大學(xué)鐘海政教授及陳冰昆博士在WLED測(cè)試等方面的幫助。
該研究得到國家自然科學(xué)基金（優(yōu)秀青年基金和面上）、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃青年項(xiàng)目等的支持。
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https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929419302724