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HORIBA科學儀器事業部

南開大學龐代文教授團隊近紅外量子點新突破 | 前沿用戶報道

時間:2022-2-10 閱讀:997
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成果簡介        



2021年8月,南開大學龐代文教授課題組在國際期刊J. Am. Chem. Soc上發表論文:Breaking through the Size Control Dilemma of Silver Chalcogenide Quantum Dots via Trialkylphosphine-Induced Ripening: Leading to Ag?Te Emitting from 950 to 2100 nm,提出配體誘導量子點熟化生長策略,實現銀硫族(Ag?Te)量子點發射波長從950nm到2100nm連續可調。        



背景介紹        



銀硫族量子點(Ag?X; X=S, Se, Te)是一類窄帶隙半導體納米晶體,由于其具有近紅外熒光發射、高穩定性以及低生物毒性等優異性質,作為近紅外二區熒光活體成像的熒光材料,在生物醫學研究中有著良好應用。        



理論上,銀硫族量子點中的Ag2Se以及Ag2Te量子點的熒光發射波長能夠覆蓋整個近紅外波段。然而,目前其發射波長可調窗口很窄,無法在寬范圍內連續調節。量子點的發射波長(帶隙)可通過控制量子點的尺寸來調節,但對于銀硫族量子點,其難點在于:1)帶隙太窄,發射波長對尺寸變化特別敏感;2)對其成核與生長機理認識不足        



量子點尺寸控制的關鍵在于控制成核與生長階段單體的供給。小尺寸量子點合成時,需要控制單體用于成核,且抑制納米晶的進一步生長。反之亦反。龐代文教授團隊發現,三烷基膦能夠誘導小尺寸銀硫族量子點溶解。基于此發現,可通過改變三烷基膦用量、種類、合成溫度等精確調控銀硫族量子點的溶解行為,進而調控單體為成核或生長所用,精準實現不同尺寸(發光波長)銀硫族量子點合成。        



圖文導讀




本實驗以Ag?Te為樣品,通過在1.6–5.9nm間(幅度(Δr)僅4.3nm)精確調節Ag?Te量子點的粒徑,實現了其發射波長從950nm至2100nm的連續可調(跨度(Δλ)為1150nm)。            


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圖1 三烷基膦誘導量子點熟化實現Ag?Te發射波長從950nm到2100nm連續可調。            

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圖2 量子點表面致密的配體層有效地鈍化了表面原子,非輻射躍遷減少,發光效率得到了提升。        



       

本工作中,Ag?Te量子點的熒光發射峰可調范圍寬(950-2100 nm),為獲得真實、完整的穩態熒光光譜需要使用不同的近紅外檢測器,以在檢測器的最佳響應區間進行測試。對于瞬態熒光光譜,由于近紅外樣品的量子產率相對可見光樣品較低,想要在短時間內完成測試,對激光器的功率有較高的要求。本工作中使用980 nm的脈沖光源(DD-980L, HORIBA)激發樣品,熒光壽命曲線用軟件(DAS6, HORIBA)擬合,可以快速實現近紅外量子點瞬態熒光的測試。        



儀器推薦        

Fluorolog-QM,采用模塊化設計,針對如AIE、鈣鈦礦、近紅外一區二區熒光探針、稀土納米發光材料、量子點、光功能材料等熱點應用實現個性化配置。激發波長低至180nm起,發射波長可覆蓋185~5500nm。全波長范圍準確聚焦,無色差,高靈敏度35000:1,高分辨率0.1nm。全套的壽命測試技術(TCSPC、MCS、SSTD和延遲技術),保證了全光譜穩瞬態、延遲光譜測試功能。        

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Fluorolog-QM 模塊化穩瞬態熒光光譜儀



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總結展望            

盡管有著十余年的發展歷史,銀硫族量子點一直面臨著發射波長難以在寬范圍內調控的難題。相比于原有的工作,這個工作在合成方法以及涉及的化學試劑上并沒有太多的變化,而是從細節出發,發現了之前一直被忽略的現象,并基于這一發現突破了存在多年的調控難題。            



龐代文教授簡介:    

博士、南開大學化學學院杰出教授、博士生導師、美國醫學與生物工程院(AIMBE)Fellow、英國皇家化學會Fellow (FRSC)、南開大學分析科學研究中心主任、全國納標委納米光電顯示技術標準化工作組組長等。主要從事生物醫學量子點研究。    

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文獻信息        

英文原文標題            

Breaking through the Size Control Dilemma of Silver Chalcogenide Quantum Dots via Trialkylphosphine-Induced Ripening: Leading to Ag2Te Emitting from 950 to 2100nm            



發表期刊            
J.Am. Chem. Soc            



文章署名作者:            
Zhen-Ya Liu, An-An Liu, Haohao Fu, Qing-Yuan Cheng, Ming-Yu Zhang, Man-Man Pan, Li-Ping Liu, Meng-Yao Luo, Bo Tang, Wei Zhao, Juan Kong, Xueguang Shao, and Dai-Wen Pang


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