复旦大学郭睿倩团队:合成了一种四元合金量子点,绿色环保的理想荧光材料

时间:2021-07-05作者:佚名

近日,来自复旦大学的郭睿倩教授课题组通过有机相一锅法合成了Ag-Cu-Ga-Se (ACGSe)四元合金量子点,通过系统的工艺参数优化实现了71.9%的高量子产率以及510-620 nm的可调谐发射,通过一锅法与热注射法对比的方式系统地研究了Ag,Cu组分间的相互作用与内在机理,为后续其他的合金量子点研究提供了参考,并且将ACGSe/ZnSe量子点应用到WLED上,展示其应用端的潜力。相关论文发表在Journal of Colloid and Interface Science。

论文链接:

https://doi.org/10.1016/j.jcis.2021.05.110

复旦大学郭睿倩团队:合成了一种四元合金量子点,绿色环保的理想荧光材料


在这项工作中,研究人员通过有机相单锅法合成了Ag-Cu-Ga-Se(ACGSe)量子点,通过包覆ZnSe壳层极大的改善了量子点的发光特性,核壳结构的ACGSe/ZnSe量子点合成路线以及相应的机理如图1所示。

复旦大学郭睿倩团队:合成了一种四元合金量子点,绿色环保的理想荧光材料

图1:(a) ACGSe/ZnSe量子点的合成流程图和(b)相应的生长机制示意图。

图2是对合成的材料进行结构与成分的表征,从XRD的图谱可以看到,测试的两个衍射谱均有3个主要衍射峰,与CuGaSe2(JCPDS#31-0456)的标准峰位基本一致,但ACGSe向AgGaSe2(JCPDS#31-1240)有细微的偏移。这表明银组分以扩散或晶格取代的形式作为一种掺杂剂存在于ACGSe量子点中。而在XPS全谱可以看到包含的元素,在提供的Supplementary Material中高分辨的Ag精细谱将Ag3d轨道分为3d5/2和3d3/2轨道,并且进一步与Ag2O以及AgO的标准样品在同一校准条件下的谱图对比,证实Ag组分在量子点中价态为 1价。综上,可以确定Ag组分成功掺杂进了Cu-Ga-Se的主体晶格中,形成了四元合金量子点。

复旦大学郭睿倩团队:合成了一种四元合金量子点,绿色环保的理想荧光材料

图2:(a) ACGSe和CGSe量子点的XRD图比较,(b) ACGSe/ZnSe量子点的XPS谱图

图3的结果来自于作者针对合成过程中不同条件进行的系统优化:包覆批次在第六次达到最佳,确定了最佳的量子点成核温度为180℃,包覆温度设定于240℃,选择的Zn源为ZnI2,在基于上述的荧光强度最优条件下,对不同批次包覆后的量子点测试了量子产率(Table S2),得到最高量子点为Shell-6条件下的71.9%,为后续的发射调谐以及LED器件应用奠定了基础。

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图3:(a)不同批次Zn源注入后和(b)不同成核温度下ACGSe/ZnSe量子点的吸收和PL光谱;(c)不同包覆温度和(d)不同包覆Zn源条件下的PL光谱

图4对合成过程使用不同OLA剂量得到的ACGSe量子点进行了透射电镜表征,从TEM图中的粒径统计可以看到,随着OLA剂量的提升,量子点尺寸从4.45 nm增大到了5.78 nm,表明包含有长链分子的过量OLA会减缓反应进程,使得量子点向更大尺寸方向生长。同时从更高分辨的HRTEM图样可以看到不随OLA剂量改变的0.19 nm晶格间距,对应了黄铜矿结构的(2 0 4)面。相应地,OLA对发射光谱的影响体现在了图5中,随OLA剂量增加发射中心红移,符合尺寸粒径变大而造成光谱移动的预期,作者更严谨地对不同OLA剂量下合成的量子点进一步地表征了ICP测试以排除组分变化的可能性,最终通过Table S3的成分比较可以看到,OLA剂量改变不影响实际各组分比例。综合来看,可以下结论:改变OLA剂量造成的光谱移动归因于ACGSe/ZnSe量子点尺寸的变化。

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