北理工在雙異價摻雜半導體納米材料可控制備方面取得新進展


  可控摻雜引起的精準能帶工程是光電新能源應用的半導體納米材料關鍵前提。近日,北京理工大學張加濤教授團隊利用表面空位成功克服離子交換反應當中的動力學勢壘,創新性提出了新的合成方法,在制備雙異價離子摻雜半導體納米晶/量子點的研究中取得重要進展,相關成果以“Unique Cation Exchange in Nanocrystal Matrix via Surface Vacancy Engineering Overcoming Chemical Kinetic Energy Barriers” 為題,于Cell旗艦雜志《Chem》在線發表(IF:19.735)(文章DOI: 10.1016/j.chempr.2020.08.020)。

  有目的地向納米晶當中摻入異價雜質,可以引入額外的中間能級、電子/空穴,從而有效調控納米晶的光學、電學和磁學等性質。受自清潔效應的影響,獲得穩定且高效的摻雜納米晶較為困難,尤其是在多元體系實現可控雙摻雜。張加濤課題組以CuInX2(X="S," Se)納米晶為起始材料,開發了一種表面空位工程誘導的離子交換法,通過在表面精準的創造Cu空位和In空位,極大地降低了反應的動力學勢壘,使動力學上很難實現的反應很容易實現,成功制備了Cu、In雙摻雜的CdX和ZnX納米晶/量子點。該方法具有一定的普適性,可實現更多的硫屬半導體納米晶材料的精準組分、摻雜調控。

圖1 傳統離子交換和表面空位工程誘導的離子交換對比示意圖

圖2 表面空位工程誘導的離子交換策略的動力學模擬和方法的普適性

  上述研究成果得到了結構可控先進功能材料與綠色應用北京市重點實驗室和材料學院先進材料實驗中心的平臺支持,得到了國家自然科學基金 (Grant No. 51872030, 51631001, 51902023 and 51702016)和科研院創新人才支持計劃經費的支持。北理工材料學院博士生白冰和趙重陽(現北京理工大學博士后)為文章共同第一作者,北理工徐萌副教授和張加濤教授為共同通訊作者,北理工為第一通訊單位。

  論文鏈接:www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929420304307

 

附徐萌通訊作者簡介:

  徐萌,副教授,2009年6月于浙江大學材料學院獲得工學學士學位,2014年7月于中國科學院國家納米科學中心獲得理學博士學位,同年9月入職北京理工大學材料學院,目前主要從事半導體納米晶與量子點的可控合成與光電、生物應用等方面的研究。以第一/通訊作者等在Chem、Angew. Chem. Int. Ed.、Adv. Mater.、Adv. Funct. Mater.、ACS Nano、Nat. Struct. Mol. Biol.、Nano Res.、Mater. Chem. Front.、Inorganic Chem. Front.、CryEngComm等期刊發表SCI論文30余篇。主持國家自然科學基金2項,以研究骨干參與國家自然基金委重點項目1項。

 

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