北理工摻雜半導體納米晶及能源化學應用研究取得進展
發(fā)布日期：2017-10-09 供稿：材料學院 攝影：材料學院
編輯：趙汗青 審核：張青山 閱讀次數(shù)：
Journal of Physical Chemistry Letters雜志邀請北理工研究團隊撰寫半導體（II-VI族，III-V族）納米結構中取代性異價摻雜的Perspective封面論文。
半導體之所以能被廣泛應用在光電產(chǎn)品世界中，憑借的就是在其晶格中植入雜質改變其電性，調控半導體納米晶體的光、電、磁性質，實現(xiàn)高效率發(fā)光器件、太陽能電池、自旋電子器件等新型光電子器件的應用。要實現(xiàn)半導體納米晶的廣泛應用，必須解決摻雜問題。
北京理工大學材料學院張加濤研究團隊近三年，利用TBP、PPh3等膦配體引發(fā)的被摻雜離子的非晶半導體納米顆粒與主體半導體陽離子之間的離子交換反應，調控其反應的熱力學和動力學過程，實現(xiàn)被摻雜離子在半導體納米晶（II-VI族等）中的深度位置的，異價取代性摻雜。實現(xiàn)了Ag+，Cu+離子在CdS，CdSe,以及CdSSe等半導體納米結構（量子點，納米片，2D薄膜）中的深度取代性摻雜及可控的摻雜濃度。一方面，實現(xiàn)了II-VI半導體量子點中穩(wěn)定、高效的摻雜發(fā)光（絕對量子產(chǎn)率可達50%以上，穩(wěn)定1年以上），有效避免了“自清潔”引起的摻雜發(fā)光不穩(wěn)定性；另一方面，利用Ag+，Cu+的異質取代性摻雜，實現(xiàn)了p型，n型II-VI族量子點的制備及摻雜能級調控。此種摻雜發(fā)光有較大的Stokes位移（0.7 eV 以上）。利用原位甲基丙烯酸甲酯（MMA）配體交換，實現(xiàn)了這些摻雜納米晶在有機玻璃里的厘米級宏觀尺寸的均勻分散，進一步增大了Stokes位移（0.85 eV 以上），實現(xiàn)了優(yōu)良的熒光聚集（Luminescence Solar Concentrator， LSC）性能。這些研究成果陸續(xù)發(fā)表在頂級SCI期刊《德國應用化學》（Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54，3683-3687）、《先進材料》 （Adv. Mater. 2015, 27，2753-2761）、《NPG亞洲材料》（NPG Asian Mater. (2015) 7, e152; doi:10.1038/am.2014.120）以及美國《物理化學C》雜志上（J. Phys. Chem. C 2017, 121, 6152?6159）上。
Angew. Chem. Int. Ed.雜志發(fā)表了張加濤研究團隊配位離子反應方法制備摻雜納米晶的新原理、新方法。
Adv. Mater.雜志發(fā)表了張加濤研究團隊制備摻雜納米晶的摻雜發(fā)光、摻雜能級調控新性能。
鑒于本研究團隊在此領域的原創(chuàng)性研究進展，《美國物理化學快報》（Journal of Physical Chemistry Letters）雜志邀請張加濤教授撰寫了題目為“Heterovalent doping in Colloidal Semiconductor Nanocrystals: Cation Exchange-Enabled New Accesses to Tuning Dopant Luminescence and Electronic Impurities”的Perspective論文（J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 4943?4953）。并以封面和視頻形式被美國化學會網(wǎng)站進行了專題報道。
異價摻雜半導體納米晶的應用展望（Jiatao Zhang*, Perspective, J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 4943.）。
該研究得到了國家自然科學基金委重大集成項目(91323301) ，“優(yōu)秀青年基金”(21322105) ，面上項目(51372025)，以及重點項目(51631001)的資助。
相關論文發(fā)表鏈接： J. Phys. Chem. Lett.的Perspective論文鏈接： http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.jpclett.7b00351 Angew. Chem. Int. Ed.論文鏈接： http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201410053/full Advanced Materials論文鏈接： http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201500247/full NPG Asia Materials論文鏈接： http://www.nature.com/am/journal/v7/n1/full/am2014120a.html?foxtrotcallback=true J. Phys. Chem. C 論文鏈接： http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.7b00207
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