北理工材料學院張加濤研究團隊：摻雜半導體納米晶及能源化學應用研究取得進展

【成果簡介】

半導體之所以能被廣泛應用在光電產品世界中，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，實現高效率發光器件、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，實現了II-VI半導體量子點中穩定、高效的摻雜發光（絕對量子產率可達50%以上，穩定1年以上），有效避免了“自清潔”引起的摻雜發光不穩定性；另一方面，利用Ag⁺，Cu⁺的異質取代性摻雜，實現了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），實現了優良的熒光聚集（Luminescence Solar Concentrator， LSC）性能。鑒于該研究團隊在此領域的原創性研究進展，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。并以封面和視頻形式被美國化學會網站進行了專題報道。

【圖文導讀】

圖1 Angew. Chem. Int. Ed.雜志發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?

圖2 異價摻雜半導體納米晶的應用展望

【研究內容】

上述其他研究成果陸續發表在頂級SCI期刊Angew. Chem. Int. Ed. 2015, 54，3683-3687、Adv. Mater. 2015, 27，2753-2761、NPG Asian Mater. (2015) 7, e152; doi:10.1038/am.2014.120以及J. Phys. Chem. C 2017, 121, 6152?6159上。

該研究得到了國家自然科學基金委重大集成項目(91323301) ，“優秀青年基金”(21322105) ，面上項目(51372025)，以及重點項目(51631001)的資助。

原文鏈接：http://www.bit.edu.cn/xww/xsjl1/145385.htm

文獻鏈接：Heterovalent doping in Colloidal Semiconductor Nanocrystals: Cation Exchange-Enabled New Accesses to Tuning Dopant Luminescence and Electronic Impurities (J. Phys. Chem. Lett., 2017, DOI:10.1021/acs.jpclett.7b00351)

本文由材料人編輯部石小梅編輯，點我加入材料人編輯部。

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