新型半導體納米材料成為解決當前全球能源與環(huán)境危機的一種理想途徑之一

近日，科技日報記者從中國科學技術大學獲悉，該校俞書宏教授課題組與合作者合作，設計了一種“脈沖式軸向外延生長”方法，成功制備了尺寸、結構可調的一維膠體量子點-納米線分段異質結，利用ZnS納米線對CdS量子點的晶面選擇性鈍化作用，可同時實現(xiàn)量子點表面的有效鈍化和光生載流子的有效轉移。該研究成果近日發(fā)表在《自然·通訊》雜志上。

設計新型半導體納米材料以捕獲太陽能并實現(xiàn)高效光化學轉化，是解決當前全球能源與環(huán)境危機的一種理想途徑之一。膠體量子點具有尺寸可調的光學和電學特性，因而作為一種重要的光催化劑材料在太陽能轉化領域備受青睞。

然而，膠體量子點的表面懸掛鍵會導致大量的陷阱態(tài)，從而將載流子強烈局域化并阻礙其進一步參與表面化學反應。目前，如何同時實現(xiàn)量子點表面鈍化和電荷轉移仍然面臨挑戰(zhàn)。

研究團隊基于此前他們在液-固-固相催化生長一維納米異質結構的工作基礎，提出了一種“脈沖式軸向外延生長”合成膠體半導體納米晶的新策略。理論計算表明，Zn和Cd原子在Ag2S固相催化劑中的嵌入能差異使得在Cd前驅物存在時能夠優(yōu)先生長CdS，因而可通過控制Cd前驅物的加入調控CdS量子點-ZnS納米線的結構參數。

該方法具有高度的靈活性，可對量子點的尺寸、數量、間距和晶相進行精準控制。研究者發(fā)現(xiàn)ZnS納米線選擇性鈍化CdS量子點晶面以后，降低了載流子局域化程度，延長了載流子壽命，有利于載流子遷移至催化劑表面進行反應。

這項研究為今后設計開發(fā)新型高效光催化劑提供了新途徑。此外，該合成策略還有望拓展到其他膠體量子點體系，并通過完善合成方法實現(xiàn)其結構參數的精細調控，預期在激光、單光子源以及單電子探測等方面展現(xiàn)出獨特的應用價值。