新型半导体纳米材料成为解决当前全球能源与环境危机的一种理想途径之一

近日，科技日报记者从中国科学技术大学获悉，该校俞书宏教授课题组与合作者合作，设计了一种“脉冲式轴向外延生长”方法，成功制备了尺寸、结构可调的一维胶体量子点-纳米线分段异质结，利用ZnS纳米线对CdS量子点的晶面选择性钝化作用，可同时实现量子点表面的有效钝化和光生载流子的有效转移。该研究成果近日发表在《自然·通讯》杂志上。

设计新型半导体纳米材料以捕获太阳能并实现高效光化学转化，是解决当前全球能源与环境危机的一种理想途径之一。胶体量子点具有尺寸可调的光学和电学特性，因而作为一种重要的光催化剂材料在太阳能转化领域备受青睐。

然而，胶体量子点的表面悬挂键会导致大量的陷阱态，从而将载流子强烈局域化并阻碍其进一步参与表面化学反应。目前，如何同时实现量子点表面钝化和电荷转移仍然面临挑战。

研究团队基于此前他们在液-固-固相催化生长一维纳米异质结构的工作基础，提出了一种“脉冲式轴向外延生长”合成胶体半导体纳米晶的新策略。理论计算表明，Zn和Cd原子在Ag2S固相催化剂中的嵌入能差异使得在Cd前驱物存在时能够优先生长CdS，因而可通过控制Cd前驱物的加入调控CdS量子点-ZnS纳米线的结构参数。

该方法具有高度的灵活性，可对量子点的尺寸、数量、间距和晶相进行精准控制。研究者发现ZnS纳米线选择性钝化CdS量子点晶面以后，降低了载流子局域化程度，延长了载流子寿命，有利于载流子迁移至催化剂表面进行反应。

这项研究为今后设计开发新型高效光催化剂提供了新途径。此外，该合成策略还有望拓展到其他胶体量子点体系，并通过完善合成方法实现其结构参数的精细调控，预期在激光、单光子源以及单电子探测等方面展现出独特的应用价值。