Nano Energy：外殼隔離納米粒子增強量子點熒光性能和能量轉換的研究

【引言】

量子點(QDs)作為光與物質相互作用的基礎研究引起了科學家們的高度關注，其有望替代光學器件、太陽能電池、傳感器和生物成像等。QD在溶液中雖然量子產率高，但是當它們被組裝成薄膜用于實際應用時，發光效率通常降低幾個數量級，這現象種稱為“自淬滅”。因此，克服這種負面影響并提高QD薄膜的熒光性能至關重要。近日，有學者報道了一種新技術，使用外殼分離的納米顆粒來增強QD薄膜的熒光性，同時材料的光電析氫效率也顯著提高。

【成果簡介】

近日，廈門大學李劍峰教授和張華教授 (共同通訊作者)團隊在Nano Energy.上發布了一篇關于納米材料的文章，題為“I Plasmon enhanced quantum dots fluorescence and energy conversion in water splitting using shell-isolated nanoparticles”。 作者通過使用外殼隔離納米粒子(SHIN)，成功地抑制量子點的自淬滅效應并提高其能量轉換效率。研究結果表明，由于輻射和非輻射衰變之間的競爭，具有可控厚度殼的Ag 外殼隔離納米粒子(SHIN)有著不同的增強因子，并且納米腔中的局部表面等離子體共振(LSPR)通過SHINs將QD單層膜的熒光性能提高了近1000倍。

【圖片導讀】

圖1 外殼分離的銀納米顆粒示意圖

(a) Ag@SiO2和金膜之間膠體量子點三維示意圖；

(b) 橫向電磁波電磁場振幅分布的有限元模擬;

(c) 相應結構的SEM圖像。

圖2 CdSe薄膜的等離子體增強熒光光譜

(a) 經不同外殼厚度的純銀納米顆粒和Ag SHIN改性后CdSe薄膜的等離子體增強熒光光譜；

(b) 樣品的時間分辨光譜;

(c) 隨機取向的QD偶極子的量子效率；

(d) 單個QD偶極子的模擬輻射圖；

(e) Ag SHIN的電荷分布圖。

圖3 樣品的增強熒光光譜

(a) CdSe；

(b) 鹵化物鈣鈦礦CsPbBr₃;

(c) 間隙模式(Ag SHINs / QDs /金膜)下的CdTe；

(d) PL強度與勵磁電源功率在0.6-90kW / cm²的范圍內成線性關系。

圖4 樣品的光電化學測量

(a) Ag SHINs增強CdTe QD光電元件的示意圖；

(b) 樣品的SEM照片;

(c) 不同納米結構的光電流—電壓曲線；

(d) H₂釋放量。

圖5 光電化學性能分析

(a) 用于光電流表征的PEC樣品和三電極系統的圖像；

(b) 不同樣品的消光光譜;

(c) CdTe和CdTe / TiO2的時間分辨熒光圖。

【小結】

這篇文章介紹了使用SHIN作為為不同半導體量子點薄膜來增強材料的熒光性能，量子點薄膜的發光強度可以提高近1000倍。時間分辨熒光測量和有限元計算表明，這種增強是由于SHIN周圍局限的局部光場增加了吸收截面和自發發射率。此外，SHIN還可以通過增加量子點的局部光子態密度，促進更多的電子轉移到TiO₂中，從而提高量子點敏化TiO₂納米棒的光電化學活性。通過SHIN增強QD薄膜光電性和能量轉換效率的方法，有著廣闊的應用前景，有待未來進一步發展。

文獻鏈接：Plasmon enhanced quantum dots fluorescence and energy conversion in water splitting using shell-isolated nanoparticles (Nano Energy., 26 October, 2017 , DOI: 10.1016/j.nanoen.2017.10.055）

本文由材料人編輯部納米學術組jcfxs01供稿，材料牛編輯整理。

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