北理工在双异价掺杂半导体纳米材料可控制备方面取得新进展


  可控掺杂引起的精准能带工程是光电新能源应用的半导体纳米材料关键前提。近日,北京理工大学张加涛教授团队利用表面空位成功克服离子交换反应当中的动力学势垒,创新性提出了新的合成方法,在制备双异价离子掺杂半导体纳米晶/量子点的研究中取得重要进展,相关成果以“Unique Cation Exchange in Nanocrystal Matrix via Surface Vacancy Engineering Overcoming Chemical Kinetic Energy Barriers” 为题,于Cell旗舰杂志《Chem》在线发表(IF:19.735)(文章DOI: 10.1016/j.chempr.2020.08.020)。

  有目的地向纳米晶当中掺入异价杂质,可以引入额外的中间能级、电子/空穴,从而有效调控纳米晶的光学、电学和磁学等性质。受自清洁效应的影响,获得稳定且高效的掺杂纳米晶较为困难,尤其是在多元体系实现可控双掺杂。张加涛课题组以CuInX2(X="S," Se)纳米晶为起始材料,开发了一种表面空位工程诱导的离子交换法,通过在表面精准的创造Cu空位和In空位,极大地降低了反应的动力学势垒,使动力学上很难实现的反应很容易实现,成功制备了Cu、In双掺杂的CdX和ZnX纳米晶/量子点。该方法具有一定的普适性,可实现更多的硫属半导体纳米晶材料的精准组分、掺杂调控。

图1 传统离子交换和表面空位工程诱导的离子交换对比示意图

图2 表面空位工程诱导的离子交换策略的动力学模拟和方法的普适性

  上述研究成果得到了结构可控先进功能材料与绿色应用北京市重点实验室和材料北京理工大学-世界一流大学先进材料实验中心的平台支持,得到了国家自然科学基金 (Grant No. 51872030, 51631001, 51902023 and 51702016)和科研院创新人才支持计划经费的支持。北理工材料北京理工大学-世界一流大学博士生白冰和赵重阳(现北京理工大学博士后)为文章共同第一作者,北理工徐萌副教授和张加涛教授为共同通讯作者,北理工为第一通讯单位。

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附徐萌通讯作者简介:

  徐萌,副教授,2009年6月于浙江大学材料北京理工大学-世界一流大学获得工学学士学位,2014年7月于中国科北京理工大学-世界一流大学国家纳米科学中心获得理学博士学位,同年9月入职北京理工大学材料北京理工大学-世界一流大学,目前主要从事半导体纳米晶与量子点的可控合成与光电、生物应用等方面的研究。以第一/通讯作者等在Chem、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Nat. Struct. Mol. Biol.、Nano Res.、Mater. Chem. Front.、Inorganic Chem. Front.、CryEngComm等期刊发表SCI论文30余篇。主持国家自然科学基金2项,以研究骨干参与国家自然基金委重点项目1项。

 

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