半导体纳米晶能级结构与电子性质的电化学研究

随着半导体纳晶功能化应用的深入，迫切需要获得有关其能级结构与电子性质方面的信息与规律。为此，本项目依据半导体纳晶电化学氧化还原过程与其HOMO-LUMO能级处电子得失过程相关联的原理，采用电化学循环伏安(CV)技术来探测上述关键信息。并通过建立薄液膜CV测试新方法和优化的测试/处理工艺，来解决纳晶电化学表征中的高阻抗及稳定性问题。在此基础上，系统测定II-VI族半导体纳晶能级结构，研究纳晶微观结构特征及表面修饰对其能级结构和电子性质的影响规律，建立重要半导体纳晶尺寸调制的能级结构信息库。本项目的实施将不仅为深入揭示纳晶的能级结构特征、电子特性、电化学反应机理奠定研究基础；而且对采用表面修饰和能带工程调制纳晶的电子结构/性质，以及对构建基于纳晶的高效光电器件都具有重要的指导作用。本项目的创新之处在于首次将薄液膜CV技术引入到纳晶的电化学表征当中，可解决纳晶电化学表征过程中存在的主要技术难题。

随着半导体纳晶功能化应用的深入，迫切需要获得有关其能级结构与电子性质方面的信息与规律。本项目依据半导体纳晶电化学氧化还原过程与其价带顶（或称HOMO）– 导带底（或称LUMO）能级处电子得失过程相关联的原理，采用电化学循环伏安（CV）技术来探测上述关键信息。为此，本项目通过阐明电化学探测半导体纳晶能级结构的原理，解决了困扰纳晶电化学表征的一些重要理论争议（例如氧化还原峰与真空能级的关联、电化学能隙与光学能隙的区别）；通过建立优化的CV测试/处理工艺，解决了困扰纳晶电化学表征的一些关键技术难题（例如低信号水平、还原峰缺失等问题）。在此基础上，本项目利用CV技术系统地探测了II-VI族半导体纳晶的能级结构特征，揭示出这些纳晶微观结构特征（尺寸、形貌、核壳结构）、粒子组成以及表面配体与其能级结构和电子性质之间的关联规律，初步建立了II-VI族半导体纳晶尺寸调制的能级结构信息库。此外，本项目还应用多种技术剖析了半导体纳晶氧化反应与还原反应的机理，证实了这两类反应对纳晶的破坏作用。因此，本项目无论是对深入揭示和可控调控半导体纳晶的能级结构与电子性质，还是对构建基于纳晶的高效光电器件都具有重要的指导作用。