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北理工掺杂半导体纳米晶及能源化学应用研究取得进展

文章来源:  发布时间:2017-10-10

来源:校园网  编辑:科学技术研究院 王玉国

Journal of Physical Chemistry Letters杂志邀请北理工研究团队撰写半导体(II-VI族,III-V族)纳米结构中取代性异价掺杂的Perspective封面论文。

  半导体之所以能被广泛应用在光电产品世界中,凭借的就是在其晶格中植入杂质改变其电性,调控半导体纳米晶体的光、电、磁性质,实现高效率发光器件、太阳能电池、自旋电子器件等新型光电子器件的应用。要实现半导体纳米晶的广泛应用,必须解决掺杂问题。

  北京理工大学材料学院张加涛研究团队近三年,利用TBP、PPh3等膦配体引发的被掺杂离子的非晶半导体纳米颗粒与主体半导体阳离子之间的离子交换反应,调控其反应的热力学和动力学过程,实现被掺杂离子在半导体纳米晶(II-VI族等)中的深度位置的,异价取代性掺杂。实现了Ag+,Cu+离子在CdS,CdSe,以及CdSSe等半导体纳米结构(量子点,纳米片,2D薄膜)中的深度取代性掺杂及可控的掺杂浓度。一方面,实现了II-VI半导体量子点中稳定、高效的掺杂发光(绝对量子产率可达50%以上,稳定1年以上),有效避免了“自清洁”引起的掺杂发光不稳定性;另一方面,利用Ag+,Cu+的异质取代性掺杂,实现了p型,n型II-VI族量子点的制备及掺杂能级调控。此种掺杂发光有较大的Stokes位移(0.7 eV 以上)。利用原位甲基丙烯酸甲酯(MMA)配体交换,实现了这些掺杂纳米晶在有机玻璃里的厘米级宏观尺寸的均匀分散,进一步增大了Stokes位移(0.85 eV 以上),实现了优良的荧光聚集(Luminescence Solar Concentrator, LSC)性能。这些研究成果陆续发表在顶级SCI期刊《德国应用化学》(Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54,3683-3687)、《先进材料》 (Adv. Mater. 2015, 27,2753-2761)、《NPG亚洲材料》(NPG Asian Mater. (2015) 7, e152; doi:10.1038/am.2014.120)以及美国《物理化学C》杂志上(J. Phys. Chem. C 2017, 121, 6152−6159)上。

Angew. Chem. Int. Ed.杂志发表了张加涛研究团队配位离子反应方法制备掺杂纳米晶的新原理、新方法。

Adv. Mater.杂志发表了张加涛研究团队制备掺杂纳米晶的掺杂发光、掺杂能级调控新性能。

  鉴于本研究团队在此领域的原创性研究进展,《美国物理化学快报》(Journal of Physical Chemistry Letters)杂志邀请张加涛教授撰写了题目为“Heterovalent doping in Colloidal Semiconductor Nanocrystals: Cation Exchange-Enabled New Accesses to Tuning Dopant Luminescence and Electronic Impurities”的Perspective论文(J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 4943−4953)。并以封面和视频形式被美国化学会网站进行了专题报道。

异价掺杂半导体纳米晶的应用展望(Jiatao Zhang*, Perspective, J. Phys. Chem. Lett. 2017, 8, 4943.)。

  该研究得到了国家自然科学基金委重大集成项目(91323301) ,“优秀青年基金”(21322105) ,面上项目(51372025),以及重点项目(51631001)的资助。

 

 

  相关论文发表链接:

  J. Phys. Chem. Lett. Perspective 论文链接: http://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/acs.jpclett.7b00351

  Angew. Chem. Int. Ed 论文链接: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201410053/full

  Advanced Materials 论文链接: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201500247/full

  NPG Asia Materials 论文链接: http://www.nature.com/am/journal/v7/n1/full/am2014120a.html?foxtrotcallback=true

  J. Phys. Chem. C 论文链接: http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.jpcc.7b00207

 

 

(审核:胡晓珉)