PbS胶体量子点稳定性研究进展

胶体量子点一个显著优势是可以通过改变尺寸，调整其带隙，达到调谐响应波段的目的。PbS胶体量子点由于其制备简单、成本低廉，在近红外波段通过调节尺寸就能改变带隙，在太阳能电池、红外探测、LED、生物成像等多个领域均有广泛的应用，但稳定性限制了其大规模推广。

PbS 胶体量子点的应用：(a)太阳能电池领域；(b)红外探测器领域；(c)含PbS胶体量子点的LED 结构；(d)另一种基于PbS胶体量子点的LED结构；注射了量子点的小白鼠的(e)可见光成像；(f)红外成像和(g)融合成像

据麦姆斯咨询报道，近期，昆明理工大学吴桢芬副教授课题组在《红外技术》期刊上发表了以“PbS胶体量子点稳定性研究进展”为主题的综述文章。吴桢芬副教授主要从事化学与电路方面的研究工作。

这项研究系统总结了影响PbS胶体量子点稳定性的机理，从制备、结构、保存、使用等多个环节探讨提高其稳定性的具体措施，提出进一步改进PbS 胶体量子点稳定性的具体方法和原理，对其应用和发展具有一定的参考价值。

PbS 胶体量子点：(a) 热注入法生产PbS 胶体量子点；(b) PbS/CdS 核壳结构；(c) PbS/CdS/ZnS 核壳结构；(d) PbS 胶体量子点中氧诱导的间隙态

PbS胶体量子点的失效机理：PbS胶体量子点失效的根本原因在于保存和使用时，晶粒表面的S2－被氧化形成SO32－，进一步氧化形成SO42－；Pb2+与O2－结合形成PbO，或者与SO32－、SO42－结合形成PbSO3、PbSO4，并逐步向晶粒内部发展。在不同的环境中，PbS失效的时间不同，通常有3方面的因素：（1）量子点大小及表面性质对稳定性的影响。随着合成PbS胶体量子点化学计量比的变化及合成尺寸的不同，其晶粒表面的原子种类及表面所属晶面有所区别，不同原子的各种晶面其环境稳定性不同。（2）环境中O2和H2O含量高低对稳定性的影响。当PbS胶体量子点所处的环境含有较多O2和H2O时，PbS的稳定性会下降。（3）PbS结构的影响。热注入法制备的PbS胶体量子点，其表面通常覆盖一层有机物，这层有机物常被称为配体。

根据影响PbS胶体量子点稳定性的3个因素，可从以下方面进行改善：（1）改善PbS胶体量子点的制备、保存和使用环境，减少O2和H2O的混入；（2）对于波段不敏感的应用领域，控制Pb和S原子的化学计量比，同时控制量子点的尺寸，使其外表面为由Pb原子组成的（111）晶面，以增强PbS胶体量子点的稳定性；（3）采用核壳结构，在PbS胶体量子点表面再包裹一层性能更稳定的物质，增强核的稳定性。不同领域解决PbS胶体量子点稳定性的技巧有所差异，但可以将其制备、保存及应用全过程的多个增强稳定性的技巧结合起来，共同发挥作用。

表 增强PbS 胶体量子点稳定性的技巧

PbS胶体量子点因其制备成本低廉、方法简单、可调谐波段涵盖多个应用领域的优点在发光二极管、生物成像、太阳能电池、红外探测器等方面具有很强的实用价值，但稳定性限制了其在这些领域的深入推广。本研究在对PbS胶体量子点稳定性的研究总结后，讨论了PbS胶体量子点从制备、保存、应用等多个环节提升稳定性的可能方法及机理。最终提出根据实际应用领域采用多种方法相结合，整体提升PbS胶体量子点稳定性的思路。

该项目获得云南省教育厅科学研究基金项目（2018JS550）和昆明理工大学分析测试基金（2020T20060036）的支持。该研究第一作者为博士生赵逸群，主要从事光电材料的研究工作。

审核编辑 ：李倩