無(wú)機(jī)半導(dǎo)體量子點(diǎn)具有獨(dú)特的物理化學(xué)性質(zhì)，包括尺寸依賴的熒光發(fā)射、高的發(fā)光強(qiáng)度、高的光物理/化學(xué)穩(wěn)定性和表面易功能化等，廣泛應(yīng)用于發(fā)光二極管（LED）、太陽(yáng)能電池、激光器和生物成像等領(lǐng)域。因此，設(shè)計(jì)合成具有高熒光量子產(chǎn)率（PLQY）、可調(diào)的熒光發(fā)射和良好生物相容性的量子點(diǎn)是研究熱點(diǎn)。
第二近紅外窗口（NIR-II，900-1700 nm）熒光由于活體組織對(duì)其光子的吸收和散射效應(yīng)降低，在生物醫(yī)學(xué)成像和近紅外LED等方面得到廣泛研究。Ag基量子點(diǎn)（Ag2S和Ag2Se）是典型的不含有毒性重金屬元素的NIR-II熒光探針。以Ag2Se為例，它具有窄的直接帶隙（0.15 eV），是一種理想的NIR-II熒光材料。然而，Ag2Se中Ag離子的高遷移率導(dǎo)致大量的陽(yáng)離子空位和晶體缺陷，導(dǎo)致Ag2Se量子點(diǎn)的PLQY小于1%。因此，開(kāi)發(fā)一種新的策略來(lái)獲得高PLQY的Ag基量子點(diǎn)具有重要意義。
中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員王強(qiáng)斌和中科院福建物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究所研究員陳學(xué)元合作，首次采用合金化的方法合成了銀金硒（AgAuSe）量子點(diǎn)。該量子點(diǎn)發(fā)射峰位于978 nm，其絕對(duì)PLQY為65.3%（為目前報(bào)道的不含毒性重金屬的NIR-II量子點(diǎn)PLQY的記錄），發(fā)射半峰寬為90 nm，壽命為4.58 μs。結(jié)合變溫光譜，表明該量子點(diǎn)PLQY增強(qiáng)的主要原因在于非輻射躍遷的有效抑制。進(jìn)一步通過(guò)瞬態(tài)吸收光譜，表征了其激子動(dòng)力學(xué)過(guò)程。該合金化策略對(duì)不同尺寸的Ag2Se量子點(diǎn)具有普適性，可在820-1170 nm范圍內(nèi)調(diào)節(jié)AgAuSe量子點(diǎn)的熒光發(fā)射光譜。這種具有無(wú)毒重金屬元素的高PLQY量子點(diǎn)在生物成像、發(fā)光二極管和光伏器件中表現(xiàn)出應(yīng)用潛力。
相關(guān)研究成果以Colloidal Alloyed Quantum Dots with Enhanced Photoluminescence Quantum Yield in the NIR-II Window為題，發(fā)表在Journal of the American Chemical Society上。研究工作得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃課題、國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)等的資助。
圖1.AgAuSe量子點(diǎn)的結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)表征
圖2.AgAuSe量子點(diǎn)的變溫光譜和瞬態(tài)吸收光譜
