发布时间:2019-09-11 17:03 原文链接: 纯水相中即可合成的新功能纳米复合材料有多神奇?

  传统的发白光无机量子点(QDs)的制备方法主要依赖于将三原色(红、黄、蓝)发光量子点封装在固体矩阵中,这一方法面临着量子点易团聚发生荧光猝灭、合成控制复杂难以量产等重大挑战。

  近日,华东理工大学化学与分子工程学院邢明阳教授与美国加州大学河滨分校Yadong Yin教授合作,在纯水相合成白光量子点领域取得重大研究进展,相关成果“Confined Growth of Quantum Dots in Silica Spheres by Ion Exchange of ‘Trapped NH4+’ for White-Light Emission”在线发表于Chem(IF: 18.205)杂志上。

  该研究团队开发了一种直接在SiO2小球体相内生长量子点的液相合成新方法——“trapped NH4+”离子交换法(图A)。他们利用“trapped NH4+”易与Zn2+、Cd2+等金属阳离子发生离子交换反应的特性,成功地将金属阳离子引入SiO2小球体相(图A,B),再通过室温硫化直接生成金属硫化合物,最后,通过巧妙的酸洗与醇洗过程(酸的浓度需要调控),可选择性地将SiO2小球表面覆盖的“bulk”硫化物洗掉,再通过高温煅烧实现SiO2小球体相量子点的晶化。在煅烧过程中,利用SiO2小球体相孔道的“限域效应”,有效抑制了量子点晶化过程中团聚现象的发生。与此同时,不同尺寸孔道的“限域效应”可以很好地控制量子点的尺寸分布,使制得的量子点在紫外光照射下直接发射白光。由于传统通过三原色量子点的组合构筑白光LEDs的方法重现性较差,且量子点发射波长的半峰宽难以控制,而“trapped NH4+”离子交换法合成量子点的策略,可通过调节煅烧温度,控制SiO2小球的孔道尺寸分布,从而实现对ZnS@SiO2等量子点荧光发射光谱半峰宽的调控(半峰宽可从109.6调节到203.8nm,图C)。值得注意的是,整个量子点的合成过程是在纯水体系中完成,不需要任何油相试剂,也不需要加入任何有机“capping-agent”。

  这一合成策略另一个优点是量子点的制备可实现量产。以合成ZnS@SiO2量子点为例,将已经量产的SiO2小球与锌盐在纯水溶液中进行离子交换,再在常温常压下加入适量硫化钠进行硫化,然后将经过酸洗和醇洗后的SiO2小球在600℃下煅烧2至10小时,便可得到量产的直接发射白光的ZnS@SiO2小球(图D)。制得的白光量子点的荧光量子产量可以达到31.1%,量产后的白光量子点可用于构筑白光LEDs,其白光CIE坐标为:(0.312,0.318),CRI值为92.5(图E)。该白光量子点合成策略有效避免了传统合成方法所需的复杂的封装过程,为新型功能纳米复合材料的合成提供了一个新的通用平台,可以方便地将各种纳米颗粒结合到溶胶-凝胶衍生的胶体基质中。

  近年来,邢明阳教授在多功能纳米材料的合成及其在环境与能源的应用研究领域取得了一系列重要研究成果,以第一或通讯作者在Nat. Commun.,Chem, J. Am. Chem. Soc., Angew. Chem., Chem. Soc. Rev., Nano Lett., Adv. Funct. Mater., Appl. Catal. B, Mater. Horiz., Environ. Sci. Technol., Water Res.等期刊上发表SCI论文60篇,其中,影响因子>10.0论文20篇,13篇入选“ESI高被引论文”,4篇入选“0.1%热点文章”。

  该工作以华东理工大学为第一通讯单位,并得到了欧洲科学院院士张金龙教授的指导,以及北京理工大学钟海政教授及陈冰昆博士在WLED测试等方面的帮助。该研究得到国家自然科学基金(优秀青年基金和面上)、国家重点研发计划青年项目等的支持。

  原文链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S2451929419302724

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