PbS膠體量子點穩(wěn)定性研究進展

膠體量子點一個顯著優(yōu)勢是可以通過改變尺寸，調(diào)整其帶隙，達到調(diào)諧響應波段的目的。PbS膠體量子點由于其制備簡單、成本低廉，在近紅外波段通過調(diào)節(jié)尺寸就能改變帶隙，在太陽能電池、紅外探測、LED、生物成像等多個領域均有廣泛的應用，但穩(wěn)定性限制了其大規(guī)模推廣。

PbS 膠體量子點的應用：(a)太陽能電池領域；(b)紅外探測器領域；(c)含PbS膠體量子點的LED 結構；(d)另一種基于PbS膠體量子點的LED結構；注射了量子點的小白鼠的(e)可見光成像；(f)紅外成像和(g)融合成像

據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，昆明理工大學吳楨芬副教授課題組在《紅外技術》期刊上發(fā)表了以“PbS膠體量子點穩(wěn)定性研究進展”為主題的綜述文章。吳楨芬副教授主要從事化學與電路方面的研究工作。

這項研究系統(tǒng)總結了影響PbS膠體量子點穩(wěn)定性的機理，從制備、結構、保存、使用等多個環(huán)節(jié)探討提高其穩(wěn)定性的具體措施，提出進一步改進PbS 膠體量子點穩(wěn)定性的具體方法和原理，對其應用和發(fā)展具有一定的參考價值。

PbS 膠體量子點：(a) 熱注入法生產(chǎn)PbS 膠體量子點；(b) PbS/CdS 核殼結構；(c) PbS/CdS/ZnS 核殼結構；(d) PbS 膠體量子點中氧誘導的間隙態(tài)

PbS膠體量子點的失效機理：PbS膠體量子點失效的根本原因在于保存和使用時，晶粒表面的S2－被氧化形成SO32－，進一步氧化形成SO42－；Pb2+與O2－結合形成PbO，或者與SO32－、SO42－結合形成PbSO3、PbSO4，并逐步向晶粒內(nèi)部發(fā)展。在不同的環(huán)境中，PbS失效的時間不同，通常有3方面的因素：（1）量子點大小及表面性質(zhì)對穩(wěn)定性的影響。隨著合成PbS膠體量子點化學計量比的變化及合成尺寸的不同，其晶粒表面的原子種類及表面所屬晶面有所區(qū)別，不同原子的各種晶面其環(huán)境穩(wěn)定性不同。（2）環(huán)境中O2和H2O含量高低對穩(wěn)定性的影響。當PbS膠體量子點所處的環(huán)境含有較多O2和H2O時，PbS的穩(wěn)定性會下降。（3）PbS結構的影響。熱注入法制備的PbS膠體量子點，其表面通常覆蓋一層有機物，這層有機物常被稱為配體。

根據(jù)影響PbS膠體量子點穩(wěn)定性的3個因素，可從以下方面進行改善：（1）改善PbS膠體量子點的制備、保存和使用環(huán)境，減少O2和H2O的混入；（2）對于波段不敏感的應用領域，控制Pb和S原子的化學計量比，同時控制量子點的尺寸，使其外表面為由Pb原子組成的（111）晶面，以增強PbS膠體量子點的穩(wěn)定性；（3）采用核殼結構，在PbS膠體量子點表面再包裹一層性能更穩(wěn)定的物質(zhì)，增強核的穩(wěn)定性。不同領域解決PbS膠體量子點穩(wěn)定性的技巧有所差異，但可以將其制備、保存及應用全過程的多個增強穩(wěn)定性的技巧結合起來，共同發(fā)揮作用。

表 增強PbS 膠體量子點穩(wěn)定性的技巧

PbS膠體量子點因其制備成本低廉、方法簡單、可調(diào)諧波段涵蓋多個應用領域的優(yōu)點在發(fā)光二極管、生物成像、太陽能電池、紅外探測器等方面具有很強的實用價值，但穩(wěn)定性限制了其在這些領域的深入推廣。本研究在對PbS膠體量子點穩(wěn)定性的研究總結后，討論了PbS膠體量子點從制備、保存、應用等多個環(huán)節(jié)提升穩(wěn)定性的可能方法及機理。最終提出根據(jù)實際應用領域采用多種方法相結合，整體提升PbS膠體量子點穩(wěn)定性的思路。

該項目獲得云南省教育廳科學研究基金項目（2018JS550）和昆明理工大學分析測試基金（2020T20060036）的支持。該研究第一作者為博士生趙逸群，主要從事光電材料的研究工作。

審核編輯 ：李倩